nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) sử dụng cây cỏ nến (typha orientalis)

Vì vậy, với đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo Contructed Wedland sử dụng cây cỏ nến Typha orientalis” được thực hiện nhằm có thể tìm ra gi

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

5 Ý nghĩa đề tài 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 3

1.1.1 Định nghĩa về nước thải rỉ rác 3

1.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải rỉ rác 3

1.1.3 Các tác nhân gây ô nhiễm và tác hại của chúng: 5

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TRUYỀN THỐNG 5

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 12

1.3.1 Khái niệm 12

1.3.2 Phân loại các công trình đất ngập nước: 14

1.3.3 Ưu và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải: 20

1.4 CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO: ……… 22

1.5 CÁC NHÓM THỰC VẬT THAM GIA XỬ LÝ TRONG HỆ THỐNG ĐNNNT: 28

CHƯƠNG 2 33

TÌNH HÌNH ÁP DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 33

CHƯƠNG 3 38

PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 38

3.1 SƠ ĐỒ PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 38

3.2 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN 39

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

3.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MÔ HÌNH CW 39

3.4 MÔ HÌNH THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 43

3.5 QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 43

3.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 47

3.6.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 47

3.6.2 Phương pháp phân tích số liệu: 47

CHƯƠNG 4 48

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

4.1 KẾT QUẢ THEO DÕI GIÁ TRỊ pH 51

4.2 KẾT QUẢ LOẠI BỎ CHẤT HỮU CƠ – COD VÀ BOD 52

4.3 HIỆU QUẢ XỬ LÝ PHOSPHO 56

4.4 HIỆU QUẢ XỬ LÝ TN 57

4.5 HIỆU QUẢ LOẠI BỎ TSS 58

4.6 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY CỎ NẾN 60

4.7 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 61

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 63

1.Kết luận 63

2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Tài liệu trong nước 64

Tài liệu nước ngoài 64

PHỤ LỤC 65

PHỤ LỤC A SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 1

PHỤ LỤC B HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD5 Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa cho

5 ngày)

BTNMT Bộ tài nguyên môi trường

COD Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)

CW Đất ngập nước kiến tạo quy mô PTN có sử dụng cây Cỏ nến FWS Free water surface (Dòng chảy mặt)

H-SFS Horizontal subsurface flow system (Dòng chảy ngầm theo

phương ngang)

NO3- -N Nitrate Nitrogen ion (Ion nitrat tính theo nitơ)

TSS Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)

SBR Sequence Batch Reactor (Bể phản ứng dạng mẽ)

SFS Subsurface flow system (Dòng chảy ngầm)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TN Total Nitrogen (Tổng Kjeldahl)

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

DANH MỤC HÌNH

Hình1.1 Mô hình Jartest 7

Hình 1.2 Bể aerotank 11

Hình 1.3 Mương oxy hóa 11

Hình 1.4 Tổng quan chung cho đất ngập nước (kedlec và knight, 1996) 13

Hình 1.5 Phân loại đất ngập nước kiến tạo 15

Hình 1.6 Các kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt 17

Hình 1.7 Sở đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 18

Hình 1.9 Quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm trong công trình đất ngập nước 22

Hình 1.10 Cơ chê loại bỏ nitrogen trong đất ngập nước 25

Hình 3.1 sơ đồ thể hiện các bước thiết kế đất ngập nước dòng chảy ngầm theo phương ngang 39

Hình 3.2 Bản vẽ bố trí sơ đồ hoạt động mô hình đất ngập nước quy mô PTN 43

Hình 3.3 Mô hình đất ngập nước CW quy mô PTN sau khi lắp đặt 44

Hình 4.1 Biến thiên giá trị pH trong nước thải vào và sau khi xử lý của mô hình CW sử dụng cây cỏ nến 51

Hình 4.1 Biến thiên giá trị COD trong nước thải vào và sau khi xử lý của mô hình CW 53

Hình 4.2 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý COD trong nước thải vào và sau khi xử lý của mô hình CW 54

Hình 4.3 Biến thiên giá trị BOD5 đầu vào, ra và hiệu suất sau xử lý của mô hình CW 54 Hình 4.4 Trung bình nồng độ và hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình CW 55

Hình 4.5 Trung bình nồng độ COD và BOD5 của mô hình CW 55

Hình 4.7 Biến thiên nồng độ TN vào và ra của mô hình CW 57

Hình 4.8 Trung bình nồng độ TN vào và ra của mô hình CW 57

Hình 4.9 Nồng độ TSS vào và ra của mô hình CW 58

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác 4

Bảng 1.2 Thành phần nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào 4

Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp DNNNT 19

Bảng 1.4 Một số quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thông DNNNT 23

Bảng 1.5 Tốc độ vận chuyển oxy trong thực vật: Lau Sậy và Cỏ Nến 28

Bảng 2.1 Các thông số thiết kế của các mô hình 34

Bảng 3.1 Đặc tính vật liệu cho hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm 40

Bảng 3.2 Thời gian lưu nước tham khảo khi thiết kế công trình đất ngập nước 41

Bảng 3.3 Các thông số vận hành mô hình thí nghiệm đất ngập nước kiến tạo quy mô phòng thí nghiệm 45

Bảng 3.4 Các phương pháp phân tích mẫu 47

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả các chỉ tiêu trong mô hình đất ngập nước nhân tạo sử dụng cây cỏ nến 49

dự đoán đến 2020 tổng khối lượng rác thành phố thải ra lên đến 10080 tấn Lượng rác sinh hoạt gia tăng dẫn đến lượng nước rác sinh ra ngày càng nhiều: từ các bãi chôn lấp, nước ép rác từ các trạm trung chuyển ngày càng nhiều

Ô nhiễm từ nước rác từ lâu đã là vấn đề nan giải được quan tâm, mức độ ô nhiễm từ nước rỉ rác ngày càng tăng, gây ô nhiễm từ nguồn nước đến không khí Hiện nay nước

ép rác (rỉ rác) từ các trạm trung chuyển đều có xu hướng thải ra hệ thống thoát nước của thành phố, dù đã được xử lý nhưng đa phần đều không đáp ứng được tiêu chuẩn đầu ra

để thải ra cống, dẫn đến tình trạng ô nhiễm cống thải, sông ngòi Để giải quyết vấn đề nan giải đó, hàng loạt các nghiên cứu, công trình được triển khai áp dụng Tuy nhiên việc đầu tư cho công trình xử lý khá tốn kém, chi phí vận hành và bảo dưỡng cao Do

đó việc nghiên cứu tìm ra giải pháp vừa đơn giản, ít tốn kém và thân thiện hơn với môi trường là một hướng nghiên cứu đang được quan tâm

Đất ngập nước kiến tạo hay bể lọc ngập nước (contructed wetland-CW) được biết đến một trong những giải phap xử lý nước thải thân thiện với môi trường cùng với chi phí thấp mà mang lại hiệu quả xủ lý cao Với những ưu điểm trên, CW đã và đang được áp dụng rộng rải trên thế giới đặc biệt ở các nước Châu Âu từ những năm 50 của thế kỉ 20 Với khí hậu nhiệt đới xích đạo nóng ẩm, thiên nhiên phong phú- động thực vật, Việt nam là một trong những nước Châu Á có điều kiện thuận lợi để áp dụng, triển khai nghiên cứu nhưng việc áp dụng vào thực tế lại còn khá hạn chế Vì vậy, với đề tài

“Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Contructed Wedland) sử dụng cây cỏ nến (Typha orientalis)” được thực hiện nhằm có thể tìm ra

giải pháp để xử lý nước rỉ rác một cách hiệu quả đồng thời giúp phát triển rộng rãi hơn

mô hình đất ngập nước kiến tạo

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng xử lý nước thải ép rác bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang có sử dụng cây cỏ nến và nghiên cứu với các tải trọng hữu cơ khác nhau

3 Nội dung nghiên cứu

- Lắp đặt mô hình đất ngập nước dòng chảy ngầm quy mô phòng thí nghiệm

- Xác định tải trọng hữu cơ COD vận hành thích hợp của mô hình ứng với các tải trọng thí nghiệm tăng dần 50, 60, 80, 100, 120 kgCOD/ha.ngày

- Lấy mẫu nước thải đầu vào và ra của mô hình đất ngập nước đem phân tích các thông số pH, COD, BOD, TN, N-NO3-, TP, TSS, để đánh giá hiệu quả xử lý của

mô hình CW

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Lắp đặt mô hình CW và vận hành thích nghi ở các tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày

- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5, TN, T-P, TSS của nước rỉ rác bằng công nghệ CW với các tải trọng hữu cơ 50 60 80 100 120kgCOD/m3.ngày

- So sánh kết quả với QCVN 25:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn

- Đề xuất công nghệ xử lý nước rỉ rác áp dụng công nghệ đất ngập nước kiến tạo sử dụng cây cỏ nến

5 Ý nghĩa đề tài

Việc thực hiện nghiên cứu về công trình đất ngập nước kiến tạo để xử lý nước thải chưa được phát triển nhiều ở Việt Nam Việc nghiên cứu này góp một phần tài liệu cho nghiên cứu, triển khai ứng dụng vào công trình thực tế xử lý nước thải có chi phí thấp Nghiên cứu khả năng xử lý và đồng hóa chất ô nhiễm của mô hình ĐNN với chi phí thấp Các thành phần nước rỉ rác được xử lý tương đối triệt để nâng cáo hiệu quả xử lý đạt tiêu chuẩn về môi trường Là một trong những kiểu sinh thái điển hình, đát ngập nước kiến tạo vừa giảm thiểu chi phí vừa mang lại hiệu quả cao đồng thời góp phần điều hòa không khí tăng sự đa dạng sinh học

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

1.1.1 Định nghĩa về nước thải rỉ rác

Nước thải rỉ rác là nước loại nước thải được sinh ra trong các khu chôn lấp rác thải, được hình thành do sự rò rỉ nước mưa thấm vào trong lòng bãi rác hoặc do độ ẩm sẵn

có của rác thải được chôn

Trong đề tài nghiên cứu này, nước rỉ rác được lấy từ trạm trung chuyển là nước rỉ

ra từ công đoạn ép rác, thành phần tính chất tương đồng với nước rỉ từ bải chôn lấp trong 2 năm đầu tiên

1.1.2 Thành phần, tính chất của nước thải rỉ rác

Thành phần của nước rỉ rác vô cùng phức tạp, có khả năng gây ô nhiễm cao, đồng thời đối với nước rỉ của trạm trung chuyển thành phần thay đổi theo ngày, theo lượng rác và loại rác phát sinh, không cố định Nhưng thành phần chung chủ yếu là:

 Chất hữu cơ: Chất có phân tử lượng lớn (acid humic, acid fulvic,…), các hợp chất hữu cơ (phospho hữu cơ, 1,4 - dioxan, bisphenol,…)

 Chất vô cơ: Các hợp chất của nitơ, photpho và lưu huỳnh Nhưng chủ yếu là nitơ

và photpho vì chúng gây hiện tượng phú dưỡng hóa

Nước thải rỉ rác chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn các thành phần vô cơ đồng thời cũng tồn tại không ít thành phần kim loại

Nước rỉ từ nhà máy ép rác còn có mùa chua nồng, màu vàng đục, có lượng dầu mở cao, độ pH khá thấp, nồng độ nito, phospho cao đồng thời chứa lượng vi sinh vật khá lớn Vì thế, việc các bãi chôn lấp hay trạm trung chuyển hình thành gần các khu cư sinh sống như hiện nay là vô cùng nguy hiểm, gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống của người dân và đây cũng là một trong những vấn đề cấp thiết cần được giải quyết triệt để hiện nay

Bảng 1.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác

Bảng 1.2 Thành phần nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào

1.1.3 Các tác nhân gây ô nhiễm và tác hại của chúng:

Các tác hại đến môi trường cũng như sức khỏe của nước thải do các thành phần ô nhiễm gây ra Chủ yếu là:

- COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm giảm

pH của môi trường

- SS: lắng động kết tụ, gây ảnh hưởng đến đường ống, gây ra hiện tượng yếm khí

- Nito, phospho là những nguy nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa dẫn đến nồng

độ oxi trong nước rất thấp gây cản trở quá trình hô hấp của của các loài sinh vật trong nước

- Vi trùng gây bệnh: gây ra các loại bệnh truyền nhiễm, dịch bệnh qua đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn uống, ngộ độc vè da nên như bị rò rỉ và thấm vào mạch nước ngầm hay nước sông với mục đích cấp cho nước sinh hoạt

- Màu, mùi hôi: làm mất mĩ quan, mùi hôi làm ảnh hưởng đến chất lượng không khí xung quanh, gây ra các bệnh về đường hô hấp

- Tác động lên môi trường đât: nước rỉ rác rò rỉ ra đất làm cho sự tăng trưởng và khả năng hoạt động của các loại vi khuẩn kém đi, ảnh hưởng đến mạch nước ngầm, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành các chất dinh dưỡng cho cây, gián tiếp gây bạc màu, làm cho đất bị thoái hóa

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TRUYỀN THỐNG

1.2.1 Xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học

Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, được xem như là bước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ cũng như hữu cơ không tan được trong nước nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị trong các quá trình sau Một số công trình xử lý cơ học như: song chắn rác, lưới lọc các loại bể lắng, bể điều hòa, bể tách dầu mỡ, lọc cơ học,…

Song chắn rác

Dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác… được gọi chung là rác Rác thường được chuyển tới máy nghiền rác, sau khi được nghiền nhỏ, cho đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn Trong những

năm gần đây, người ta sử dụng rất phổ biến loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác đối với những trạm công suất xử lý vừa và nhỏ

SCR có vận tốc nước qua giới hạn trong khoảng từ 0.6-1 m/s, vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0.75-1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe chắn của song

Bể tách dầu mỡ

Được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxi hóa

Bể lắng cát

Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn (như

xỉ than, cát…) Chúng không có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở trên sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng

Bể lắng đợt 1

 Loại bỏ các chất rắn lắng được mà các chất này có thể gây nên hiện tượng bùn lắng trong nguồn tiếp nhận

 Tách dầu, mỡ hoặc các chất nổi khác

 Giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng đợt 1 khi vận hành tốt có thể loại bỏ 50 - 70% TSS, và 25 - 40% BOD5

Hai thông số thiết kế quan trọng cho bể lắng là tải trọng bề mặt (32- 45m3/m2.ngày)

và thời gian lưu nước (1,5 – 2,5 giờ) Bể lắng thường có dạng hình chữ nhật (lắng ngang) hoặc hình tròn (lắng ly tâm) Hệ thống thu gom bùn lắng và gạn chất nổi là bộ phận quan trọng của bể lắng

1.2.2 Phương pháp hóa học

Bản chất của phương pháp xử lý hóa học thật ra là đưa các chất có khả năng phản ứng vào nước thải để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành các hợp chất khác dễ xử lý ở dưới dạng cặn hoặc dạng dễ hòa tan nhưng không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đồng thời nâng cao chất lượng nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý những công đoạn phía sau đó

Phương pháp xử lý hóa học thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp hoặc các nước thải có thành phần phức tạp, hỗn hợp như nước rỉ rác Tùy vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hóa học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

 Phương pháp trung hòa: Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô

cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH 6.5 – 8.5 Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: trộn lẫn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau, hoặc bổ sung thêm các tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác

dụng trung hoà, hấp phụ khí chứa axit bằng nước thải chứa kiềm…

 Phương pháp keo tụ (đông tụ keo): Dùng để làm trong và khử màu nước thải

bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua, (như

Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O, FeCl3,

Fe2(SO4)3.2H2O …) trong đó Al2(SO4)3 được dùng nhiều hơn vì dễ hòa tan trong nước

Hiệu suất đông tụ cao nhất khi pH 4 – 8.5 Để tạo các bông lớn, dễ lắng người ta dùng thêm chất trợ đông Hay dùng là poliacrylamit (CH2CHCONH2)n, natri silicat hoạt tính,

Điều kiện: Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, cần phải khuấy đều có thể sử dụng các loại máy trộn khác nhau Loại hay dùng: cánh quạt cơ giới thì nước thải sẽ chuyển động vòng và tạo bông dễ dàng ở toàn bộ thể tích

Để xác định lượng hóa chất và pH tối ưu ta dùng phương pháp Jartest nhanh Phương pháp này sẽ xác định được lượng hóa chất dùng trong quá trình keo tụ

Hình1.1 Mô hình Jartest

 Phương pháp ozon hoá: Là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất hữu

cơ dạng hoà tan và dạng keo bằng ozon Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho

các tạp chất hữu cơ

 Phương pháp oxy hóa bậc cao

 Quá trình Fenton

Cơ chế

Hệ tác nhân Fenton đồng thể (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị

II và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do *OH, còn Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+

Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng

Fe2+ + H2O2 + RH → Fe3+ + H2O + CO2

Mặt dù tác nhân Fenton được biết hàng thế kỷ nay và thực tế cũng chứng minh là một tác nhân oxy hóa mạnh do sự hình thành gốc *OH trong quá trình phản ứng, nhưng cơ chế của quá trình Fenton cho đến nay vẫn còn nhiều tranh cãi và tuyệt đại đa số các nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc *OH là nguyên nhân của khả năng oxy hóa nâng cao của tác nhân Fenton

Nâng cao hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống;

Tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, các tế bào vi khuẩn và virút gây bệnh

mà các hợp chất khác không thể tiêu diệt được

Dễ thực hiện, thao tác đơn giản, ít tốn hóa chất;

Hiệu quả oxi hóa được nâng cao rất nhiều so với Ozon sử dụng một mình;

Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau;

Tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virút gây bệnh mà clo không thể diệt nổi

Tăng hàm lượng DO sau quá trình xử lý;

Nước thải sau xử lý không cần chỉnh pH và hàm lượng cặn thấp

 Phương pháp điện hóa học: Thực chất là phá hủy các tạp chất độc hại có trong

nước thải bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anôt hoặc dùng để phục hồi các chất quý (đồng, chì, sắt…) Thông thường 2 nhiệm vụ phân hủy các chất độc hại

và thu hồi chất quý được giải quyết đồng thời

2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Với việc công nghệ phát triển như ngày nay, ngoài việc đảm bảo phát triển về kinh tế thì môi tường cũng là một trong những vấn đề nóng đang được quan tâm Chính vì thế các công nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học đang dần thay thế cho các công nghệ truyền thống

Với khả năng sử dụng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng phân hủy thành những chất ổn định ( thức ăn của VSV)

và sản phẩm của toàn bộ quá trình là CO2, nước và các chất vô cơ khác Trong quá trình thực hiện công việc phân hủy các hợp chất hữu cơ, chúng nhận từ đấy các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, tăng trưởng và sinh sản nên lượng sinh khối ngày càng tăng lên

Các phương pháp xử lý sinh học bao gồm: xử lý hiếu khí và yếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan ( thiếu khí) và hoàn toàn không có oxy hòa tan ( kị khí)

Những công trình xử lý sinh hóa phân thành 2 nhóm:

- Quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên

- Quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo

Những công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo là: Bể lọc sinh học (Biophin), bể làm thoáng sinh học (Aeroten),… Do các điều kiện nhân tạo, có sự tính toán và tác động của con người và máy móc mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường

độ mạnh hơn, diện tích nhỏ hơn Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) với BOD5 giảm tới 90 – 95% và không hoàn toàn với BOD5 giảm tới 40 – 80%

Sau khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính Các chất bẩn sẽ bị hấp phụ lên bề mặt của bùn hoạt tính Đối với những chất hữu cơ lơ lửng không tan trong nước cũng bị hấp phụ lên bề mặt bùn hoạt tính, một phần sẽ là thức ăn cho Protozoa, giun bọ…, một phần

sẽ được vi sinh vật đồng hóa

Để cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt động thường ta dùng thiết bị khuấy trộn bằng khí nén hoặc cơ khí

Xử lý nước thải theo quá trình bùn hoạt tính bao gồm rất nhiều hệ thống khác nhau với cách thức xây dựng khác nhau Tuy nhiên, tất cả các công trình có cùng chung một đặc điểm là: sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất hữu cơ dạng lơ lửng Bùn hoạt tính được cung cấp thường là bùn tự hoại hoặc bùn hoạt tính lấy từ các nhà máy nước thải đang hoạt động Sau một thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng và phát triển

Nước thải sau khi ra khỏi bể Aerotank sẽ được chuyển qua bể lắng đợt 2.Ở đây bùn hoạt tính đông tụ lại và lắng xuống Phần nước còn lại chứa ít chất ô nhiễm sẽ được thải

ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, biển, cũng có thể nuôi cá để tạo cảnh quan… Phần bùn

sẽ được tuần hoàn một phần, phần bùn còn lại sẽ được đưa đi xử lý Bùn tuần hoàn nhằm mục đích giữ cho nồng độ bùn trong bể luôn ở mức ổn định, chỉ xả đi lượng bùn dư tương ứng với lượng tăng sinh khối

Một số công trình hiếu khí phổ biến xây dựng trên cơ sở xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính có thể áp dụng trong xử lý nước rác:

- Bể Aerotank thông thường

- Bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

- Bể Aerotank mở rộng

Cấu trúc Aerotank phải thỏa mãn 03 điều kiện:

- Giữ được liều lượng bùn cao trong Aerotank

- Cho phép vi sinh phát triển liên tục ở giai đoạn “bùn trẻ”

- Bảo đảm lượng oxy cần thiết cho vi sinh ở mọi điểm của Aerotank

Hình 1.2 Bể aerotank

 Mương oxy hóa: Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn

toàn, làm việc theo chế độ làm thoáng kéo dài, hỗn hợp bùn hoạt tính lơ lửng trong

nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương

Hình 1.3 Mương oxy hóa

Những công trình xử lý sinh học thực hiện trong điều kiện tự nhiên là: Cách đồng tưới, bãi lọc, đất ngập nước, hồ sinh học,… Quá trình xử lý diễn ra chậm, chủ yếu dựa vào oxy và vi sinh có ở trong đất và nước Do đó, những công trình này đòi hỏi diện tích lớn và thời gian xử lý dài Các phương pháp chủ yếu bao gồm :

 Phương pháp hồ lọc sinh học (soakage pit with bio-filter)

Nước thải sau bể tự hoại được dẫn qua lớp vật liệu lọc – chủ yếu là cát, đá lọc, …rồi

tự thấm vào lớp đất bên dưới Vi sinh vật sẽ tạo màng bám xung quanh các vât liệu lọc, màng vi sinh này đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải Phương pháp trên chỉ

áp dụng hiệu quả cho những khu vực có hệ số thấm của đất lớn

 Phương pháp cánh đồng lọc (leach field):

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức độ 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

Công nghệ cánh đồng lọc sử dụng thực vật để xử lý chất ô nhiễm Phản ứng đồng hóa của thực vật ngoài tác dụng xử lý các chất ô nhiễm nguồn nước qua bộ rễ, còn xử lý khí thải, mùi hôi và CO2 qua bộ lá Phản ứng đồng hóa của thực vật còn tạo ra sinh khối, trong đó có sản phẩm nông nghiệp Các sản phẩm này có thể đáp ứng một nhu cầu nào

đó của xã hội Sản phẩm thu hoạch của cánh đồng lọc có thể góp phần làm giảm giá thành xử lý nước

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)

 Cánh đồng lọc nhanh (RI)

 Cánh đồng chảy tràn (OF)

 Đất ngập nước nhân tạo (constructed wetland):

Đây là phương pháp sử dụng kết hợp khả năng hấp thụ của thực vật, khả năng giữ cặn, hấp phụ của các lớp vật liệu lọc và hàng loạt các quá trình xử lý sinh học bên trong

bể đất ngập nước nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao nhất, mà tiêu tốn ít chi phí

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO

1.3.1 Khái niệm

Đất ngập nước là vùng tồn tại nước và đất nơi nước là nhân tố chính kiểm soát môi trường và hệ sinh thái – hệ đọng thực vật ở vùng đó Đất ngập nước mang nhiều chức năng đem lại lợi ích cho con người và môi trường sống tự nhiên

- “Đất ngập nước là vùng đất của đầm lầy, miền ngập lầy, bãi than bùn hoặc vùng nước, bất kể là tự nhiên hoặc nhân tạo, thường kì 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 6m”

- “Đất ngập nước có thể kết hợp các vùng đất ven sông và vùng ven biển liền kề, và các vùng đảo hoặc vùng biển có độ sâu dưới 6m so với mực thủy triều thấp”

Theo Liên đoàn các công đoàn kỹ sư công binh Mỹ (1987), từ “đất ngập nước có nghĩa là các vùng đất bị ngập hoặc bão hòa bởi nước mặt và nước ngầm theo một tần số

và thời đoạn cấp thiết, và theo các tình huống thông thường mà hình thành, có sự hiện diện của các loài thực vật tiêu biểu thích nghi với điều kiện đất bão hòa nước

Theo TS Lê Anh Tuấn – ThS Lê Hoàng Việt thì Đất ngập nước kiến tạo được định nghĩa là một hệ thống công trình xử lý nước thải được kiến thiết và tạo dựng

mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của đất ngập nước tự nhiên với cây trồng chọn lọc

Hình 1.4 Tổng quan chung cho đất ngập nước (kedlec và knight, 1996)

Đất ngập nước kiến tạo xây dựng nhằm mục đích chình là xử lý nước thải, các mục tiêu khác như điều tiết nước lũ, bồ cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác nguyên liệu, tạo môi trường tự nhiên cho động vật hoang dã Các chất ô nhiễm, độc

hại, các loại nước thải khi qua đất ngập nước kiến tạo có thể bị giữ lại bởi chất nền (đất, cát, sỏi) và cây trồng, cuối cùng nước trở nên sạch

Ưu điểm lớn nhất của phương thức sử dụng đất ngập nước kiến tạo so với các biện pháp xử lý nước thải khác do chúng rất hợp với điều kiện tự nhiên, đơn giản, dễ xây dựng, dễ vận hành, ít tốn hao năng lượng, hóa chất, chi phí thấp nhưng mang lại hiệu quả cao

1.3.2 Phân loại các công trình đất ngập nước:

Đất ngập nước nhân tạo được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải

ĐNNNT được phân làm làm 2 nhóm chính:

- ĐNNNT có dòng chảy bề mặt (Free Water Surface Wetland – FWS)

- ĐNNNT có dòng chảy ngầm (Subsurface Flow Wedland – SFS)

 Dòng chảy thẳng ngang (horizontal flow – HF)

 Dòng chảy thẳng đứng (vertical flow – VF)

Hai kiểu phân biệt cơ bản trên lại được phân chia theo nhiều kiểu khác nhau theo chức năng xử lý của loại thực vật được trồng và đặc điểm của dòng chảy Trong một số trường hợp, một số hệ thống xử lý theo kiểu lai (hybrid treatment system), bằng cách kết hợp pha của 2 hệ thống đất ngập nước cơ bản Hình 1.5 cho chúng ta hiểu rõ hơn về phân loại ĐNNKT

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

Hình 1.5 Phân loại đất ngập nước kiến tạo

1.3.2.1 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy bề mặt (FWS)

Đây là hệ thông mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước tự nhiên, phù hợp với các loại cây có tốc độ phát triển với mực nước dưới 0.4 m (kadlec etal.,2000) Với cấu tạo gồm lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển và có lớp nước trên mặt, FWS tạo điều kiện cho các loại cây trồng mọc rễ và sinh trưởng Chiều cao mực nước của FWS dao động từ 0.8m Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0.3m Chiều sâu lớp đất nền trong đất ngập nước kiến tạo chảy mặt thường từ 0.6 đến 1.0m, đáy nền được thiết kế có độ dốc để tối thiểu hao dòng chảy trên mặt Hình dạng của FWS thường là kênh dài và hẹp, vận tốc chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc

là điều kiện cần thiết để tính chế độ thủy lực Khi thiết kế một khu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt cần phải xem xét cách mô phỏng chế độ thủy văn trong một lưu vực cạn, có quy mô nhỏ được xây dựng với loại đất và cây trồng thủy sinh với sự cân bằng nước của hệ thống Lượng nước chảy và ra khỏi đất mặt và bị tổn thất do bốc thoát hơi và thấm bên trong khu đất ngập nước Người ta phân biệt các dạng đất ngập nước kiến tạo chảy mặt chủ yếu qua loại thực vật thủy sinh trồng trên đó Mặc

dù không phải tất cả các loài thủy sinh đều phù hợp với việc xử lý nước thải nhưng

qua nhiều nghiên cứu trước đó các loài thực vật có thể đem lại hiệu quả xử lý mà chúng ta có thể tìm những loại thực vật thân lớn phổ biến như: Sậy (Phragmites australis), Lác hến (Scripus spp.), Năng (Eleochris spp.), và cỏ Đuôi mèo (Typha spp.), các thực vật nổi như: bèo Lục bình (Eichhornia crassipes), bèo Tấm (Lemma spp.), và các loại thực vật lá nổi trên mặt nước, rễ đáy như: cây Súng trắng (Nymphaea spp.), Sen (Nelumbo spp.), và Súng vàng (Nuphar spp.); thực vật mọc nổi lan trên mặt nước thành những vật thảm như: như cây Sậy (Phragmites australis),

cỏ Nến (Scripus spp.); và các loài thực vật sống ngập chìm trong nước như các loại Thủy thảo Trong tương lai với việc phát triển mô hình CW hi vong sẽ tìm thêm được nhiều loài thủy sinh trên cạn và dưới nước để phục vụ cho các công trình nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

Hình 1.6 Các kiểu đất ngập nước kiến tạo chảy mặt

1.3.2.1 Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm

Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm được thiết kế như một thủy vực hoặc một kênh dẫn với đáy không thấm (lót tấm trải nylon, vải chống thấm) hoặc lót đất sét với độ thấm nhỏ để ngăn cản hiện tượng thấm ngang và có một chiều sâu các lớp dẫn thấm thích hợp

để cây trồng thủy sinh phát triển được Đá, sỏi và cát là những vật liệu được sử dụng trong mô hình bãi lọc nhằm duy trì dòng chảy ngầm., các hệ thống sử dụng đất thường gặp sự cố chảy tràn trên bề mặt, mặt dù dùng sỏi không gặp hiện tượng trên do độ rỗng giữ cật liệu nhưng là gặp phải hiện tượng tắt dòng

Hệ thống chảy ngầm được phân loại theo tính chất dòng chảy: hệ thống chảy ngang và

hệ thống chảy đứng Là hệ thống được thiết kế có lớp nước bề mặt tiếp xúc với không khí, đất ngập nước chảy ngầm mực nước được giữ cố định thấp hơn so với bề mặt vật liệu Đối với hệ thống chảy ngầm dòng chảy ngang lớp vật liệu luôn được giữ trong trạng thái bão hòa nước; đối với dòng chảy đứng, lớp vật liệu không ở trạng thái bão hòa vì nước được cấp nước liên tục mà theo các khoảng thời gian nhất định và được thấm qua lớp vật liệu Việc lựa chọn chảy đứng hay ngang phụ thuộc vào từng loại địa hình, đặc điểm nước thải và lượng thải

Nguyên tắc vận hành chung là nước thải sẽ chảy từ phía các độ cao lớn của khu đất ngập nước đi qua lòng dẫn với lớp đất nền và các cây trồng thủy sinh Nước thải sẽ được

xử lý qua quá trình hóa lý và hóa sinh phức tạp gồm thấm rút, hấp thụ, bốc hơi và thoái biến do vi sinh Cuối cùng nước thải đã xử lý sẽ được dẫn qua các lớp sạn, sỏi, đá hộc

để thoát ra ngoài Đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm còn có nhiều tên gọi khác nhau, tùy theo tác giả: bãi lọc ngầm có cây trồng, phương pháp vùng rễ, hệ thống lọc kết hợp giữa cây trồng và cát đá

 ĐNNNT chảy theo phương ngang (Horizontal subsurface flow system – H-SFS)

Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm qua vùng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với các vùng hiếu khí, yếm khí Các vùng hiếu khí ở xung quanh

rễ do cây quang hợp và vận chuyển oxy vào trong bề mặt Khi nước thải chảy qua vùng

rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật Loại thực vật sử dụng phổ biến trong các hệ thống H-SFS là lau sậy

Hình 1.7 Sở đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang

 ĐNNNT chảy theo phương đứng (Vertical subsurface flow system – V-SFS)

Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa ra ngoài Các

hệ thống V-SFS thường được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã qua xử lý sơ bộ như bể lắng, bể tự hoại,… Hệ thống đất ngập nước cũng có thể được áp dụng như một giai đoạn của xử lý sinh học

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

Hình 1.8 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng

Dù là chảy ngầm hay mặt thì ĐNNNT vừa có chức năng loại bỏ các chất hữu cơ bằng việc tiếp xúc với các lớp vật liệu lọc và hệ vi sinh trên vùng rễ của đất ngập nước,

đồng thời lọc và làm sạch nước thải

Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các phương pháp DNNNT

- Tạo cảnh quan, không gian xanh và góp phần làm đa dạng hệ sinh thái

- Nhu cầu diện tích đất

Qua bảng so sánh trên ta có thể thấy đất ngập nước kiến tạo chảy kiểu ngầm có ưu thế hơn đất ngập nước nhân tạo chảy mặt Nhờ các lớp vật liệu xốp như cát, sỏi mà có thể giảm mùi hôi, sự phơi bày màu đen của nước thải, sự phát triển của tảo và các mầm bệnh của nước tù Diện tích của khu đất ngập nước nhân tạo chảy ngầm nhỏ hơn đất ngập nước nhân tạo kiểu chảy tự do nếu so sánh cùng một tải lượng nước thải Từ những

ưu điểm trên và quan trong hơn là tính mới mẻ trong nghiên cứu ở Việt Nam thì đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm theo phương ngang là đối tượng được lựa chọn

đề thực hiện nghiên cứu

1.3.3 Ưu và nhược điểm của đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải:

 Ưu điểm:

Ngày nay, có nhiều nước trên thế giới áp dụng những loài thực vật thủy sinh vào việc

xử lý nước thải và nước ô nhiễm Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng ổn định Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước cho thấy những ưu điểm cơ bản sau:

- Quá trình khử nitrat diễn

ra mạnh mẽ nhờ vào điều kiện kỵ khí chiếm ưu thế,

- Hạn chế được tắt nghẽn vật liệu lọc do các chất lơ lững hình thành và tích lũy lâu ngày

- Không phát sinh mùi hôi

- Hiệu quả xử lý cao

- Điều kiện thoáng khí trong lớp vật liệu lọc tốt hơn giúp nâng cao hiệu suất các quá trình xử lý sinh học

- Không sản sinh mùi hôi

và côn trùng

- Hệ thống làm việc ổn định, dao động chất lượng nước đầu ra không lớn

- Nhu cầu diện tích đất

sử dụng tương đối lớn (ít hơn phương pháp H-SFS)

- Đối với nước thải có nồng độ chất lơ lững

và tải lượng chất hữu

cơ cao thì lâu ngày có thể làm tắt nghẽn lớp vật liệu lọc trên cùng

- Xử lý nước thải không tập trung, tiết kiệm chi phí đầu tư vào hệ thống thoát nước Vốn đầu tư thường thấp hơn các hệ thống xử lý truyền thống

- Chi phí năng lượng và bảo dưỡng thấp (chi phí cả dòng đời thấp)

- Không ồn, không mùi, ít sản sinh bùn

- Chịu được sự dao động lưu lượng nước và nồng độ chất ô nhiễm

- Giảm nước mưa chảy tràn

- Thực vật có thể tái sinh tự nhiên và mang lại giá trị kinh tế:

+ Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ

+ Thực phẩm cho con người

- Tạo cảnh quan tự nhiên và cho một tiềm năng bảo tồn động vật hoang dã lớn

- Cung cấp những cơ hội giải trí và giáo dục

- Các loại bỏ BOD, COD và nitơ được quá trình sinh học và cơ bản liên tục tái tạo Các phospho, kim loại và một số chất hữu cơ được loại bỏ của hệ thống bị ràng buộc trong trầm tích và tích luỹ qua thời gian

- Trong mùa đông lạnh, khí hậu nhiệt độ thấp làm giảm tỷ lệ cho loại bỏ đối với BOD và tăng phản ứng sinh học nitrat hóa, phản nitrat hóa

- Muỗi và côn trùng có thể trở thành vấn đề cần quan tâm Đất ngập nước, đặc biệt

là hệ thống dòng chảy mặt cung cấp nơi ở lý tưởng cho muỗi

1.4 CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO:

Việc nắm rõ cơ chế xử lý của đất ngập nước là rất cần thiết để xây dựng cũng như quy trình vận hành hoạt động của mô hình một cách chính xác Các cơ chế bao gồm lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật các chất ô nhiễm được loại bỏ bằng nhiều cơ chế đồng thời trong hệ thống [Trường ĐH Xây Dựng Hà Nội, 2006 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam]

Nước thải sau giai đoạn tiền xử lý (xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại hay bể lắng cặn để loại bỏ chất rắn lơ lửng) sẽ được dẫn vào công trình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang Nước thải sẽ chảy ngầm bên dưới lớp đất trồng cây để hạn chế đến mức thấp nhất sự tiếp xúc con người, các động vật sống trong khu vực đó với mầm bệnh và hạn chế được sự phát triển của muỗi Các chất ô nhiễm trong nước thải khi đi vào trong công trình này sẽ được loại bỏ thông qua nhiều quá trình phức tạp khác nhau như minh họa trên hình 1.9

Hình 1.9 Quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm trong công trình đất ngập nước

Các hệ thống đất ngập nước loại bỏ được nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm: các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và các vi sinh vật gây bệnh Các chất được loại bỏ khỏi nước thải trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các quá trình vật

lý, hóa học và sinh học

- Vật lý: Lắng do trọng lực: Các hạt được lọc cơ học khi nước chảy qua lớp lọc, qua tầng rễ; lực hấp dẫn giữa các phần tử; sự bay hơi NH3 từ nước thải

- Sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy, vi sinh vật bám dính trên thực vật Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động của vi sinh vật; dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ; sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ trong môi trường

Bảng 1.4 Một số quá trình loại bỏ chất ô nhiễm xảy ra trong hệ thông DNNNT

Rể Vật liệu (sỏi/cát) Vật liệu (sỏi/cát)

Sự hô hấp của vi khuẩn

Sự hô hấp của vi khuẩn

Sự hô hấp của vi khuẩn

Sự ổn định

Tảo trong nước

Rể Đất Vật liệu (sỏi/cát)

Sự bay hơi (N2 và N2O)

NO3- và NH4+ -> Chất hữu cơ hòa tan Nitrate

Ammonium -> Nitrate Nitrate -> N2, N2O, hoặc NH4+

Sự ổn định

Phosphorus Thân và lá

Rể Vật liệu (sỏi/cát) Vật liệu (sỏi/cát)

Sự hô hấp của vi khuẩn

Sự hô hấp của vi khuẩn

Sự lắng/chôn lấp

Sự hấp thụ

(Nguồn: Brix, Hans, 1994)

 Cơ chế loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

Trong các bãi lọc, sự phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) trong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuyếch tán Tóm lại cơ chế chính của quá trình này là sự oxy hóa

và sự tổng hợp nên các tế bào mới Quá trình làm giảm COD phụ thuộc và nhiệt độ, điều kiện oxy, pH và nồng độ chất dinh dưỡng

Vai trò của thực vật trong bãi lọc là:

 Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí) cư trú

 Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong lớp vật liệu lọc và bộ rễ

 Cơ chế loại bỏ chất rắn lơ lửng

Do thời gian lưu nước trong hệ thống khá lâu nên chất rắn được loại bỏ dễ dàng bằng

cơ chế lắng trọng lực Chất lơ lửng được loại bỏ khi dòng nước đi qua hệ thống Các hạt keo hay chất rắn không lắng được có thể được loại bỏ thông qua hệ thống lọc trong đó một phần được các vi sinh vật và sự va chạm, kết dính với các chất khác loại bỏ

Các chất rắn nổi bám và bề mặt thực vật và bị phân hủy bởi các hoạt động của vi sinh vật hiểu khí, các chất rắn được lắng xuống đáy mô hình và bị phân hủy bởi các vi sinh vật yếm khí

Trường hợp khối tải chất ô nhiễm kết hợp với dạng thô (như cát mịn) thì sự lắng tụ vật lý sẽ diễn ra nhanh hơn làm tăng hiệu quả loại TSS trong nước thải

Các cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn cho trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng Trong mọi trường hợp, thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong việc loại bỏ các chất rắn

 Cơ chế loại bỏ nito

Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của nito xảy ra trong các tầng oxi hóa khử của đất, bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên mặt đất Nito được loại bỏ trong các bãi lọc nhờ 3 cơ chế sau:

 Nitrat hóa / khử nitrat

 Sự bay hơi của NH3

 Sự hấp thụ của thực vật

Một số các quy trình cần nhiều năng lượng để chuyển hóa nito (thường bắt nguồn từ nguồn cacbon hữu cơ), trong đó nhờ có nguồn năng lượng giải phóng từ vi sinh vật khi chúng sản xuất các enzyme và các chất xúc tác để phân hủy các hợp chất chứa nito

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

Hình 1.10 Cơ chê loại bỏ nitrogen trong đất ngập nước

Một số quy trình chuyển hóa các hợp chất nitơ

 Quá trình vật lý

Các quá trình chuyển hóa vật lý bao gồm: (1) các hạt lắng (2) sự khuếch tán của các dạng hòa tan, (3) thực vật hấp thu, (4) amoniac bay hơi, và (6) hấp phụ nitơ hòa tan trên chất nền

Quá trình biến đổi vật lý trong vùng đất ngập nước gồm một số con đường không ảnh hưởng đến sự biến đổi phân tử của hợp chất nitơ Các quá trình vật lý bao gồm đầu vào nitơ trong khí quyển, hấp phụ amoniac, và bay hơi amoniac Bồi lắng cũng có thể loại

bỏ hạt nitơ từ nước, hoặc như là một thành phần cấu trúc tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Ngoài sự chuyển vật lý của các hợp chất nitơ trong đất ngập nước, năm quy trình chủ yếu chuyển đổi nitơ từ dạng này sang dạng khác: (1) amoni hóa (khoáng), (2) nitrat hóa, (3) khử nitơ, (4) đồng hóa, và (5) phân hủy Các phần dưới đây mô tả các quá trình và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa

 Ngưng tụ trong khí quyển

Nồng độ nitơ trong lượng mưa có sự biến đổi tùy thuộc vào điều kiện khí quyển, ô nhiễm không khí, và vị trí địa lý Một loạt nghiên cứu về nồng độ TN kết hợp với lượng mưa nằm trong khoảng 0.5-3.0 mg / L, với hơn một nửa trong số này là ammonia và nitrat

 Sự hấp thụ amoniac

Hình thức oxy hóa nitơ (ví dụ, nitrit và nitrat) không liên kết với chất rắn, nhưng amoniac có khả năng hấp phụ cho cả hai chất hữu cơ và vô cơ Bởi vì các điện tích dương trên ion amoni, nó là đối tượng trao đổi cation Amoniac ion hóa do đó có thể được gỡ bỏ từ nước thông qua trao đổi với các mảnh vụn và vô cơ trầm tích ở vùng đất ngập nước FWS, hoặc các phương tiện truyền thông trong vùng đất ngập nước SSF Amoniac hấp phụ là ràng buộc lỏng lẻo với bề mặt và có thể được phát hành một cách

dễ dàng khi điều kiện hóa học của nước thay đổi

 Cơ chế loại bỏ phospho:

Cơ chế loại bỏ P trong các bãi lọc gồm có:

 Sự hấp thụ của thực vật

 Các quá trình đồng hóa của vi khuẩn

 Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ

 Kết tủa lắng cùng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+

Khi thời gian lưu nước dài và đất sử dụng có cấu trúc mịn thì các quá trình loại bỏ photpho chủ yếu là sự hấp thụ và kết tủa, do điều kiện này tạo cơ hội tốt cho quá trình hấp thụ photpho và các phản ứng trong đất xảy ra (Reed và Brown, 1992; Reed và nnk, 1998)

Phospho trong tự nhiên ở hai dạng hữu cơ và vô cơ, trong đất ngập nước tự nhiên, sự tiếp nhận chất thải giàu phospho có thể tạo nên hiện tượng tảo nở hoa (algae bloom) Do phospho không có thành phần khí nên chu trình gần như khép kín

Tương tự như quá trình loại bỏ nitơ, vai trò của thực vật trong vấn đề loại bỏ photpho vẫn còn là vấn đề tranh cãi Dù sao, đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn photpho ra khỏi hệ thống bãi lọc Các quá trình hấp thụ, kết tủa và lắng chỉ đưa được photpho vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng photpho trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ

 Loại bỏ kim loại nặng:

Các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kim loại mạnh rất khác nhau Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, cơ chế hóa học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật Các vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu các kim loại nặng Các cơ chế loại bỏ chúng gồm có:

 Kết tủa và lắng ở dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfit kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

 Hấp phụ lên các kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí

 Kết hợp lẫn thực vật và đất - Hấp phụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc trồng cây

Các nghiên cứu chưa chỉ ra được cơ chế nào trong các cơ chế nói trên có vai trò lớn nhất, nhưng nhìn chung có thể nói rằng lượng kim loại được thực vật hấp thụ chỉ chiếm một phần nhất định (Gersberg et al, 1984; Reed et al…, 1988; Wildemann&Laudon, 1989; Dunbakin&Browmer, 1992)

 Cơ chế loại bỏ vi khuẩn:

Cơ chế loại bỏ vi khuẩn, virut trong các bãi lọc trồng cây về bản chất cũng giống như qúa trình loại bỏ các vi sinh vật này trong hồ sinh học Vi khuẩn và virut có trong nước thải được loại bỏ nhờ:

 Cơ chế loại bỏ chất hữu cơ:

Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các hệ thống chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) và hấp phụ của thực vật Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm

Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lí lên bề mặt các chất lắng được và sau đó là quá trình lắng Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu bãi lọc Các chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ (Polprasert và Dan, 1994), tuy nhiên

cơ chế này còn chưa được hiểu rõ và còn phụ thuộc nhiều vào loại thực vật được trồng, cũng như đặc tính của chất bẩn

 Cơ chế vận chuyển oxy:

Theo Gilbert Kabelo Gaboutleoleo và cộng sự, 2009, có 02 con đường chính cho việc vận chuyển oxy tự nhiên vào môi trường bên trong của công trình đất ngập nước đó là:

 Sự vận chuyển thông qua rễ thực vật tham gia xử lý Nguồn oxy ở đây một phần được sinh ra từ quá trình quang hợp của thực vật với ánh sáng mặt trời, một phần từ nguồn oxy có sẵn trong khí quyển, chúng được dẫn xuống bộ rễ nằm sâu trong các lớp vật liệu thông qua thân thực vật Vì vậy khả năng vận chuyển oxy sẽ phụ thuộc vào lõi của thân, đối với các loại thực vật không có hoặc có rất ít mô phân sinh bên trong lõi cây thì khả năng cung cấp oxy cho vùng rễ là lớn hơn so với các loại thực vật khác

 Sự vận chuyển oxy bằng khuếch tán trực tiếp từ khí quyển vào mặt thoáng của công trình đất ngập nước Hiệu quả của sự vận chuyển này phụ thuộc lớn vào tốc độ gió

và điều kiện nhiệt độ của khu vực hệ thống, đồng thời nó cũng phụ thuộc vào mức độ che phủ của thực vật xử lý

Ở mỗi loại thực vật thì tốc độ vận chuyển oxy (g/m2.ngày) là khác nhau Tuy nhiên, tổng lượng oxy vận chuyển được thường thấp hơn nhiều so với nhu cầu thực tế, được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 1.5 Tốc độ vận chuyển oxy trong thực vật: Lau Sậy và Cỏ Nến

Thực

vật

Tốc độ vận chuyển oxy (g/m 2 ngày) Tổng lượng oxy vận

chuyển tối đa (g/m 2 ngày) Vận chuyển qua rễ Vận chuyển qua

Thực vật trong đất ngập nước thường được gọi là thực vật thủy sinh (hay thực vật nước), các loại cây này thường thuộc loại thân mềm, thảo mộc, thân rỗng dễ hấp thụ nước Thực vật trong đất ngập nước làm thay đổi tính chất hóa học của nước, có tác dụng là chất dinh dưỡng trong đất chuyển đổi, và chúng mang oxy từ không khí xuống

- Vai trò thứ 2 là ảnh hưởng tới tính thấm của đất, khi chúng ta nhỏ cây sẽ tạo lỗ rỗng làm tăng sự thẩm thấu của nước và gia tăng tác động qua lại giữa nước thải và thực vật

- Thứ ba là phóng thích các chất hữu cơ: thực vật có khả năng phóng thích các chất hữu cơ thông qua rễ của chúng Khi phần cơ thể thực vật chết, thực vật bị hoại sinh đây cũng sẽ là nguồn carbon lâu dài cho các vi sinh vật,…

- Thứ tư là tạo một diện tích bề mặt lớn để cho vi khuẩn bám và tạo thnhf lớp màn sinh học biofilm Là một trong những nhân tố quan trọng trong việc xử lý nước thải

- Vai trò thứ năm là tạo môi trường hiếu khí trong đất: thực vật thông qua khí khổng vận chuyển oxy trong lá, thân xuống rễ cung cấp oxy cho các quá trình phân hủy hiếu khí của các vi sinh vật ở đây

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

 Một số loài thực vật thủy sinh được ứng dụng trong đất ngập nước:

Thuộc dạng thân mềm sống trôi trên mặt nước Nhóm này bao gồm 3 loại sau: Bèo lục

bình (Eichhornia crassipes), bèo tấm (Lemnoideae), rau diếp (Lactuca sativa) Vì sống

trên mặt nước nên chúng di chuyển theo hướng dòng chảy, hướng gió và chuyển động theo sông nước Hệ thống rễ chùm của chúng sẽ quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng sẽ thường xuyên được tiếp xúc với rễ và được hấp thụ Mặt khác, bộ rễ là giá thể

lý tưởng cho vi sinh vật bám dính tạo thành màng sinh học, màng này chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, đồng thời cung cấp các chất dinh dưỡng hòa tan cho cây sử dụng Do

đó các loài thực vật nổi có khả năng xử lý chất ô nhiễm cao, (Vymazal và Kröpfelova, 2008)

Lục bình Bèo tấm

Sậy (Phragmites australis)

Sậy có tên khoa học là Phragmites australis, thuộc họ lau sậy Sậy là loài thực vật

nước rất phổ biến ở Việt Nam, chúng mọc tập trung thành từng đám hoặc đơn lẻ ở các vùng ngập nước, đầm lầy, bờ sông, ao hồ Sậy có khả năng thích nghi cao và phát triển rất tốt nhờ vào bộ rễ dày đặc đâm sâu vào đất Sậy là thực vật thân cỏ lâu năm Thân trưởng thành có thể cao đến 3m, đường kính thân cây khoảng 1-1.5 cm, phiến lá rộng 1-

3 cm, dài khoảng 25 cm

Cây thủy trúc (Cyperus flabelliformis Rottb)

Thủy trúc thuộc họ cói Cyperaceae Là loại cây thảo, cao tới 1,5m Lá tiêu giảm khi cây có hoa Bộ rễ rất phát triển, chịu được môi trường nước có mức ô nhiễm hữu cơ cao

Cơ thể sống bám rễ vào đất hoặc trực tiếp trong môi trường nước Sống được ở cả nơi nhiều ánh sáng lẫn nơi có ánh sáng khuếch tán dưới các tán cây khác Được sử dụng phổ biến trong các công trình xử lý nước, trong các bãi lọc trồng cây

Nhiều nghiên cứu cho thấy cỏ vetiver có nhiều đặc điểm đặc biệt thích hợp trong việc bảo về môi trường Vetiver có khả năng chịu đựng được điều kiện ngập nước tạm thời hoặc lâu dài Với mật độ dày đặc, cây cứng và mọc thẳng đứng làm giảm tốc độ dòng chảy, làm tăng khả năng lắng tụ chất cặn bả và là hàng rào giữ lại chất gây ô nhiễm (kim loại nặng, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật) Hệ thống rễ dày đặc và vững chắc là nơi để cây hấp thu dinh dưỡng và cũng là nơi cho vi sinh vật trú ngụ Có khả năng chống chịu với

sự tích tụ các chất trong nước thải như lọc được chất thải rắn Quan trọng nhất là nó làm giảm độc tố trong nước thải và biến nó thành nước có lợi cho cỏ Hấp thu và chịu đựng với mức dinh dưỡng cao, với khả năng sử dụng một lượng nước lớn ở giai đoạn sinh trưởng cao nhất Những thuộc tính này cho thấy rằng Vetiver rất thích hợp để xử lý nước thải ô nhiễm từ sản xuất công nghiệp trên diện rộng cũng như trong phạm vi hẹp, (Kadlec

và cộng sự, 2006)

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

Cây thủy trúc Cỏ nến Vetiver

Cỏ nến (Typha orientalis G.A Stuart):

Cỏ nến mọc hoang ở khắp các đầm lầy (người miền Nam gọi là “Bồn bồn”), cỏ nến

còn có tên khác như “Hương bồ thảo”, “Thủy hương”, tên khoa học Typha orientalis G.A Stuart., thuộc họ Hương bồ (Typhaceae) Typhaceae họ thực vật hạt kín một lá

mầm, thân thảo lâu năm, ở nước hay gần bờ nước Thân rễ bò, hình trụ, đơn không mấu Phía dưới có bẹ lá Lá mọc cách, hình dải dài, bẹ có gân song song Hoa đơn tính mọc thành bông dày đặc Có 1 chi, 18 loài, phân bố khắp thế giới Ở Việt Nam, có 3 loài,

thường gặp: cỏ nến (Typha augustata) mọc ở nơi đồng lầy ngập nước, cây thảo cao 1.5

- 3 m; lông vàng xung quanh nhị có thể dùng làm thuốc cầm máu, phấn hoa làm thuốc (gọi là bồ hoàng)

Cỏ nến có khả năng hấp thụ chất hữu cơ mạnh, có tác dụng lọc nước, làm giảm các chất thải nhất là chất hữu cơ đổ vào hồ, đầm, từ đó làm giảm khả năng hồ, đầm bị phú dưỡng Cỏ nến còn có thể dùng để sản xuất ethanol Rễ Cỏ nến có khả năng chống xói mòn rất tốt Thời gian dài qua đi, cỏ nến có vai trò tích cực trong việc làm khô đầm lầy, (Vymazal và Kröpfelova, 2008) Ở Cà Mau, vùng ruộng trũng ngập sâu đang canh tác lúa - tôm hoặc trồng lúa có diện tích lên đến hơn 230,000 ha, đều có thể trồng cỏ nến kết hợp với nuôi tôm hay nuôi cá đồng, cho hiệu quả kinh tế cao hơn độc canh tôm hay lúa Vai trò điều hòa sinh thái của cây cỏ nến khiến cho hóa chất bảo vệ thực vật hay thuốc chữa bệnh cho tôm, cá hầu như không cần sử dụng

Cỏ nến mọc hoang ở khắp các đầm lầy, nước ngọt hoặc lợ, ít phèn, chủ yếu tập trung

ở 3 tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau (thuộc miền Hạ Nam Bộ), tuy cũng gặp rải rác

ở các vùng đất ngập nước khác của miền Hạ Nam Bộ

Hình dáng

Typhaceae họ thực vật hạt kín một lá mầm, thân thảo lâu năm, ở nước hay gần bờ

nước Thân rễ bò, hình trụ, đơn không mấu Phía dưới có bẹ lá, lá mọc cách, hình dải dài, bẹ có gân song song Hoa đơn tính nằm trên cùng một trục trông giống như một cây nến, hoa đực ở trên có lông ngắn màu vàng nâu, hoa cái ở dưới có lông màu nâu nhạt Quả nhỏ hình thoi Phấn hoa của các loài cỏ nến được sử dụng trong y học cổ truyền

phương Đông với tên là bồ hoàng Có 1 chi, 18 loài, phân bố khắp thế giới Ở Việt Nam,

có 3 loài, thường gặp: cỏ nến (Typha augustata) mọc ở nơi đồng lầy ngập nước, cây

thảo cao 1.5 - 3 m; lông vàng xung quanh nhị có thể dùng làm thuốc cầm máu, phấn hoa làm thuốc (gọi là bồ hoàng)

Ứng dụng của cây cỏ nến

Người Nam Bộ bóc lấy phần gốc non cây cỏ nến làm rau hay muối dưa để ăn và gọi

là rau Bồn bồn Ở miền Hạ Nam Bộ, bồn bồn là một loại rau sạch, có giá trị kinh tế cao,

được nhiều nông dân trồng để phát triển kinh tế gia đình Không chỉ làm rau hay làm thuốc, Cỏ nến còn những vai trò quan trọng khác trong sinh cảnh đất ngập nước Tập đoàn Cỏ nến có tác dụng lọc nước, làm giảm các chất thải nhất là chất hữu cơ đổ vào

hồ, đầm, từ đó làm giảm khả năng hồ, đầm bị phú dưỡng Cỏ nến còn có thể dùng để sản xuất ethanol Rễ Cỏ nến có khả năng chống xói mòn rất tốt Thời gian dài qua đi, cỏ nến có vai trò tích cực trong việc làm khô đầm lầy

Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải ép rác bằng công trình đất ngập nước kiến tạo (Constructed Wedland) sử dụng cây

cỏ nến (Typha orientalis)

CHƯƠNG 2 TÌNH HÌNH ÁP DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

 Trên thế giới:

Một nghiên cứu về hiệu suất của hệ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy thẳng đứng (VF) và dòng chảy thẳng ngang (HF) trong xử lý nước thải sinh hoạt tại Mexico được thực hiện bởi Zurita và các cộng sự (2009) Trong nghiên cứu này, Zurita và cộng sự đồng thời muốn tận dụng việc xử lý nước thải để trồng các loại cây có giá trị sản xuất hoa thương mại Các nhà khoa học đã sử dụng 4 loại cây có thể dùng trang trí có giá trị thương mại là Zantedeschia aethiopica, Strelitzia reginae, Anturium anfreanum và Agapnathus africanus để trồng trong các mô hình đất ngập nước Nghiên cứu được thực hiện trên 4 mô hình, trong đó hai mô hình là với dòng chảy thẳng ngang có kích thước

L x W x H = 3.6m x 0.9m x 0.3m và hai mô hình với dòng chảy thẳng ngang có kích thước L x W x H = 1.8m x 1.8m x 0.7m với diện tích trồng cây là như nhau và bằng 3.24m2 Cấu trúc lớp vật liệu cơ sở ở dưới của các mô hình là như nhau Tuy nhiên, trong 4 mô hình thực hiện có một mô hình HF và một mô hình VF chỉ được trồng một loại cây là Zantedeschia aethiopica (số lượng là 30 cây) Hai mô hình còn lại, mỗi mô hình được trồng cả 3 loại cây còn lại với số lượng như sau: 6 cây Strelitzia reginae, 6 cây Anturium anfreanum và 3 cây Agapnathus africanus Nước thải rỉ rác được đưa vào

hệ thống liên tục với lưu lượng 128 l/ngày, thời gian lưu nước là 4 ngày Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng có hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn hệ đất ngập nước dòng chảy thẳng ngang cho phần lớn các chất ô nhiễm Hai chất ô nhiễm được loại bỏ tốt hơn bởi hệ đất ngập nước dòng chảy thẳng ngang là NO3-

và TSS Bên cạnh đó, mục đích trồng các loại cây có tính trang trí cũng thu được các kết quả khả quan: phần lớn các cây sống được 12 tháng trong thời gian thí nghiệm và tùy thuộc vào loại đất ngập nước mà tốc độ sinh trưởng phát triển khác nhau: Zantedeschia aethiopica phát triển tốt và cho khoảng 60 bông trong hệ HF Ba loại cây còn lại phát triển tốt hơn trong hệ VF, mặc dù Anturium anfreanum đã chết trong mùa đông Các cây đều cho hoa đẹp hơn, lá to hơn, thậm chí cho nhiều hoa và lá hơn Như vậy, có thể tận dụng hệ đất ngập nước để xử lý nước thải và tận dụng trồng các cây có giá trị

Tại đại học Tafira, đảo Canary, Tây Ban Nha, Meliana và cộng sự (2010) cũng đã thực hiện toàn diện và chi tiết việc khảo sát hiệu quả xử lý và tái sử dụng nước thải của các dạng mô hình đất ngập nước kiến tạo khác nhau (dòng chảy ngầm thẳng đứng, thẳng ngang và lai hợp) và ở nhiều điều kiện khác nhau của tải trọng thủy lực Trong nghiên cứu này, sỏi nghiền và lapilli (một loại trầm tích núi lửa có tính xốp cao) được sử dụng làm lớp nền của các mô hình đất ngập nước kiến tạo Ngoài hai hệ thống đất ngập nước

trên, các nhà khoa học đồng thời thực hiện mô hình pilot lai hợp đất ngập nước kiến tạo (cho cả hai lớp nền không phân tầng là sỏi và lapilli) gồm 2 pha với pha đầu là đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng và đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng ngang Việc xử lý nước thải được thể hiện qua 2 giai đoạn: giai đoạn 1 không thực vật với tải trọng thủy lực (HLR) thấp 37 ± 2 mm (tương đương với thời gian lưu nước khoảng 3 ngày); và giai đoạn hai với việc trồng thực vật Hệ thống đứng sỏi nghiền dùng một bể nhận trụ dung tích 200 lit để mô phỏng Hệ thống đứng lapilli có thể tích 250l Đối với hệ thống dòng chảy ngầm thẳng ngang, dùng một hộp nhựa chữ nhật 1.22m x 0.5m x 0.52m với lớp đất nền tương tự đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng để thiết lập

Bảng 2.1 Các thông số thiết kế của các mô hình

Các hệ ĐNN

Diện tích bề mặt (m2) Chiều sâu

Diện tích bề mặt (m2) Chiều sâu (m)

vi khuẩn trong nước thải của đất ngập nước kiến tạo lai hợp luôn cao nhất dù ở tải trọng cao hay thấp và mô hình xây dựng với cơ sở nền sỏi hay lapilli Hiệu quả xử lý BOD, COD, SS, độ đục vi khuẩn trong nước thải của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm thẳng đứng, thẳng ngang và lai hợp trong nghiên cứu này ứng với các tải trọng thủy lực lớn, nhỏ

Viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan, kết hợp với Viện Khoa học và Công nghệ Môi Trường liên bang Thụy Sỹ SANDEC, EAWAG đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xử lý phân bùn bể phốt lấy từ Bangkok bằng hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng với cây cỏ nến (Typha) tại AIT liên tục từ năm 1997 tới nay Tải trọng TS bằng 250 kg/m2.năm được coi là tải trọng tối ưu để xử lý phân bùn Cần ngăn cản sự héo rủ của cỏ nến vào mùa khô bằng cách tưới nước bãi lọc bằng nước sau xử lý 65% nước từ phân bùn được thu qua hệ thống thu nước và 35% bay hơi Bãi lọc được vận hành gần 4 năm, không phải sửa chữa hệ thống thấm Chất rắn tích lũy chứa hàm

Tại Bồ Đào Nha, l.c Davies, c.c Carias và nnk đã nghiên cứu vai trò của cây sậy (Phragmites communis) - tác nhân peroxide trong quá trình phân hủy chất nhuộm azo, axit cam 7 (AO7) trong bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng Nghiên cứu cho thấy các chất do thực vật tươi tiết ra có thể phân hủy AO7 và các amin thơm của nó, sau

120 giờ tiếp xúc với H2O2, loại bỏ được 3.2-5.7 mgA07/gP.Australis khi dòng chảy có nồng độ 40 mgAO7/l (8 mgA07/gP.Australis) [3]

Từ nghiên cứu này cho thấy bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng thích hợp

để xử lý nước thải chứa chất nhuộm Azo Với nồng độ của dòng vào là 130 mgAO7/l, hoạt tính peroxide của thực vật trong lá, thân và rễ theo thứ tự tăng gấp 2.1 lần, 4.3 lần

và 12.9 lần Khi nồng độ chất nhuộm 700 mgAO7/l, hoạt tính peroxid của thực vật bị

ức chế ngay tức khắc nhưng chỉ sau hai ngày hoạt tính này trở về được như cũ Tải trọng hữu cơ AO7 từ 21 đến 105 g COD/m2.ngày không độc và có khả năng loại bỏ từ 11 đến

67 g COD/m2.ngày Hiệu quả loại bỏ AO7 và TOC là tương đương nhau (khoảng 70%) cho thấy AO7 bị khoáng hóa Chu trình 3 giờ là thời gian thích hợp để phân hủy AO7 [3]

Bãi lọc trồng cây cũng đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý nước rò rỉ từ bãi rác (kể cả bãi chôn lấp rác sau khi đốt) đạt hiệu quả rất tốt như bãi lọc trồng cây ngập nước xử lý nước rác ở Linkoeping, Thụy Điển

 Ở Việt Nam:

Dù mô hình đất ngập nước kiến tạo đã được nghiên cứu và áp dụng trên thế giới rất lâu nhưng ở Việt Nam mô hình này còn khá là mới mẻ Minh chứng qua việc có khá ít công trình được áp dụng thông qua nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu của Lê Anh Tuấn et al., (2007) về “Xử lý nước thải ao nuôi cá Basa” có hiệu quả xử lý COD và BOD5 trên 85%, trong nghiên cứu “Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng sậy” của Hồ Liên Huê (2007) thì hiệu suất xử lý tổng lân là 93.78%, phosphate là 93.57%, amonium là 64.08%, độ đục 80.84% và COD là 36.39%

Sự kết hợp giữa bãi lọc ngầm và bể BASTAF trồng các loại thực vật nước dễ kiếm, phổ biến ở Việt Nam, do Viện Khoa hoc và Kỹ thuật môi trường (IESE), Trường Đại học xây dựng phát triển cho phép đạt chất lượng nước đầu ra đáp ứng tiêu chuẩn cột A hoặc cột B, QCVN 14:2008 và QCVN 24:2009 đối với các chỉ tiêu COD, SS, T-P, T-

N, vi sinh vật, cho phép đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường hay tái sử dụng lại nước thải, là công nghệ phù hợp với điều kiện của Việt Nam, nhất là ở các nhà chung cư cao tầng,