Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng

Mục đích của đề tài Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nguồn vật liệu tự nhiên có chi phí thấp để xử lý nước thảisinh hoạt có thành phần chất hữu cơ cao nhằm tái sử dụng để tưới cho cây trồng g

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Somlay LATHAVANE, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là

do tôi làm.Những kết quả nghiên cứu là trung thực Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Somlay LATHAVANE

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn tận tình của

PGS.TS Nguyễn Thị Hằng Nga và được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn thành đề tài:

“Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng”.

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm đượcnhiều kiến thức và kinh nghiệp quý báu phục vụ cho công việc của mình

Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý sốliệu với khối lượng lớn những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi Do đó,tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng nhưnhững ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp

Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn ThịHằng Nga, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu,thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin trân trọng cảm Trường Đại Học Thủy Lợi, các thầy giáo, cô giáoKhoa kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiếnthức chuyên môn trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhluận văn

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Somlay LATHAVANH

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… i

LỜI CẢM ƠN ……….……… ii

DANH MỤC HÌNH……….……… vi

DANH MỤC BẢNG ……… vii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT……… ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2 4.1 Cách tiếp cận 2

4.2 Phương pháp nghiên cứu 3

4.2.1 Phương pháp điều tra thu thập số liệu và lấy mẫu nước thải 3

4.2.2 Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 3

4.2.3 Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm 3

4.2.4 Phương pháp đánh giá và xử lý số liệu 3

CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

4 1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 4

1.1 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt 4

1.2 Hiện trạng nước thải sinh hoạt ở Việt Nam 7

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam 7

1.2.2 Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam 8

1.3 Hiện trạng nước thải tại Lào 9

1.3.1 Nước thải từ hộ gia đình: 10

1.3.2 Nước thải từ công nghiệp và các ngành dịch vụ khác 11

1.3.3 Chất lượng nước tại kênh rạch và sông ở đô thị 11

2 Tổng quan về một số kỹ thuật xử lý nước thải sinh hoạt 12

2.1 Xử lý cơ học 12

2.2 Xử lý sinh học 13

2.3.Công nghệ Phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn ABR (Anaerobic Baffled Reactor) 13

2.4 Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá 14

2.5 Xử lý nước thải bằng thực vật 15

3 Các chức năng của đất và các ứng dụng trong xử lý nước thải 16

3.1 Chức năng xử lý chất ô nhiễm của đất 16

3.2 Tiềm năng đất kết vón đá ong và các ứng dụng trong XLNT ở Lào 20

4 Nhu cầu dinh dưỡng của một số cây trồng ngắn ngày 23

4.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa 23

4.1.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa địa phương 24

4.1.2 Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa cải tiến 24

4.1.3 Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa lai 26

4.2 Nhu cầu dinh dưỡng cho ngô 27

4.3 Nhu cầu dinh dưỡng cho rau 28

5 Các nghiên cứu về sử dụng nước thải để tưới cho cây trồng 29

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

1 Vật liệu: 35

1.1 Cơ sở lựa chọn vật liệu……… 35

1.1.1 Đất kết von đá ong (Laterite soil) 35

1.1.2 Than hoạt tính 35

1.1.3 Đá vôi 35

1.1.4 Zeolite:……… 35

1.2 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu……… 35

2 Phương pháp nghiên cứu 37

2.1 Cơ sở xếp lớp hỗn hợp vật liệu 2.2 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải (mô hình phòng thí nghiệm) 37

2.3 Phân tích thống kê 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41

1 Yêu cầu về chất lượng nước của một số loại cây trồng 41

1.1 Chất lượng nước tưới rau (Tiêu chuẩn VietGap) 41

1.2 Chất lượng nước tưới cho lúa và ngô 42

2 Kết quả xử lý nước thải tái sử dụng 43

2.1 Lấy mẫu nước thí nghiệm 43

2.2 Kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu vào 44

2.3 Kết quả thí nghiệm xử lý nước tái sử dụng 48

2.3.1 Thay đổi pH của nước thải 48

2.3.2 Chất hữu cơ nền COD 49

2.3.3 BOD5 50

2.3.4 Nồng độ PO43- 51

2.3.5 Thay đổi độ đục trong nước 52

2.3.6 Tổng Nitơ (TN) 53

2.3.7 Tổng carbon hữu cơ (TOC) 54

2.3.8 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) 55

2.3.9 Độ dẫn (EC) 56

2.3.10 Độ mặn 57

2.3.11 Thay đổi nồng độ Amoni (NH4+) 58

2.3.12 Kim loại nặng 59

2.3.13.Tổng vi sinh: 60

3 Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho cây trồng 61

3.1.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới cho rau(theo tiêu chuẩn Việt Gap) 61

3.2.Đánh giá chất lượng nước sau xử lý để tưới lúa và cây trồng cạn (ngô, đậutương, lạc) 62

4 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải để tưới cây trồng 62

4.1 Hiệu quả sử dụng phân bón 62

4.2 Hiệu quả bảo vệ môi trường 66

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt 7

Hình 1.2 Xử lý nước thải thải theo công nghệ ABR 14

Hình 1.3 Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá 14

Hình 1.4 Hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bãi lọc trồng cây 14

Hình 1.5 Mô hình xử lýnước thải bằng thực vật tại Bắc Ninh 15

Hình 1.6 Cấu trúc không gian tinh thể Montmorillonit 18

Hình 1.7 Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit 19

Hình 1 8 Bản đồ phân bố các bazan kỷ thứ ba (vùng màu xám) ở vùng lân cận của Đông Dương (sửa đổi sau bởi Barr & MacDonald, 1981) 21

Hình 1 9 Mẫu đất kết vón đá ong tại Lào 21

Hình 1 10.Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng 22

Hình 2 1.Hình vẽ cột bố trí thí nghiệm 38

Hình 2 2 Sơ đồ kỹ thuật xếp lớp đất của hệ thống xử lý nước thải 39

Hình 2.3 Sơ đồ thiết kế thí nghiệm xử lý nước thải 39

Hình 3 1.Giá trị và hiệu suất xử lý pH của nước thải qua mô hình 48

Hình 3.2.Giá trị và hiệu suất xử lý COD của nước thải qua mô hình 49

Hình 3.3 Giá trị và hiệu suất xử lý BOD của nước thải qua mô hình 50

Hình 3.4.Giá trị và hiệu suất xử lý phốt phát của nước thải qua mô hình 51

Hình 3.5.Giá trị và hiệu suất xử lý độ đục của nước thải qua mô hình 52

Hình 3.6.Giá trị và hiệu suất xử lý TN của nước thải qua mô hình 53

Hình 3.7.Giá trị và hiệu suất xử lý TOC của nước thải qua mô hình 54

Hình 3.8.Giá trị và hiệu suất xử lý TDS của nước thải qua mô hình 55

Hình 3.9.Giá trị và hiệu suất xử lý EC của nước thải qua mô hình 56

Hình 3.10.Giá trị và hiệu suất xử lý độ mặn của nước thải qua mô hình 57

Hình 3.11.Giá trị và hiệu suất xử lý NH4+ của nước thải qua mô hình 58

Hình 3.12.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 59

Hình 3.13.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 60

Hình 3.14.Sự thay đổi Fe.coli của nước thải trước và sau khi xử lý (MPN/100mL) 61

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 5

Bảng 1 2 Thành phần và nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt 6

Bảng 1 3 Khối lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, (g/người ngày) 7

Bảng 1 4 Nồng độ BOD5trong nước thải .12

Bảng 1 5 Tổng Coliform trong nước thải .12

Bảng 1 6 Các thời kỳ bón phân của lúa địa phương 24

Bảng 1 7 Các thời kỳ bón phân của lúa cải tiến dưới 95 ngày 25

Bảng 1 8 Các thời kỳ bón phân của lúa cải tiến trên 95 ngày 25

Bảng 1 9 Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai dưới 95 ngày 26

Bảng 1 10 Các thời kỳ bón phân cho giống lúa lai trên 95 ngày 26

Bảng 1.11.Công thức bón phân cho ngô 27

Bảng 2 1 Thành phần khoáng vật học của đá ong 36

Bảng 2 2 Nhận diện khoáng vật học của các mẫu vật liệu 37

Bảng 2.3.Phương pháp phân tích mẫu nước 40

Bảng 3 1 Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước dùng cho tưới rau 41

Bảng 3 2.Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước dùng cho tưới lúa và ngô (QCVN 39:2011/BTNMT) 42

Bảng 3 3 Thời gian và điều kiện ngoại cảnh khi lấy mẫu 43

Bảng 3 4.Chất lượng nước thải qua các lần thu thập mẫu 44

Bảng 3 5.Sự thay đổi độ pH của nước thải trước và sau khi xử lý 48

Bảng 3.6.Sự thay đổi nồng độ COD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 49

Bảng 3.7.Sự thay đổi BOD của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 50

Bảng 3.8.Sự thay đổi nồng độ PO43-của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 51

Bảng 3.9.Sự thay đổi độ đục của nước thải trước và sau khi xử lý (NTU) 52

Bảng 3.10.Sự thay đổi nồng độ TN của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 53

Bảng 3.11.Sự thay đổi nồng độ TOC của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 54

Bảng 3.12.Sự thay đổi nồng độ TDS của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 55

Bảng 3.13.Sự thay đổi độ dẫn của nước thải trước và sau khi xử lý (ms/cm) 56

Bảng 3.15.Sự thay đổi nồng độ NH4+của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 58

Bảng 3.16.Sự thay đổi nồng độ As của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 59Bảng 3.17.Sự thay đổi nồng độ Cd của nước thải trước và sau khi xử lý (mg/L) 60Bảng 3.18.Sự thay đổi Fe.coli của nước thải trước và sau khi xử lý (MPN/100mL) 61Bảng 3.19 Chất lượng nước tưới cho rau sau xử lý 62Bảng 3.20 Chất lượng nước tưới cho lúa và cây trồng cạn sau xử lý 62Bảng 3.21.Nồng độ các chất dinh dưỡng của nước thải saukhixửlý (mg/L) 63Bảng 3.22.So sánh giá trị dinh dưỡng trong nước trước và sau khi xử lý (tính cho 10 ha

và lượng nước thải của 4000 dân) 64Bảng 3.23.Tính toán hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải 64Bảng 3.24.So sánh giá trị dinh dưỡng trong nước trước và sau khi xử lý (tính cho 10 ha

và lượng nước thải của 300 dân) 65Bảng 3.25.Tính toán hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải 66Bảng 3.26 Giảm lượng N tích lũy trong môi trường 67

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

BOD5 : Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày

COD : Nhu cầu oxy hóa học

DO: Oxy hòa tan

NH4+ - N : Nồng độ Amoni quy về nồng độ nitơ (mg/L)

NO2- - : Tổng nồng độ nitrit quy về nồng độ nitơ ( mg/L)

NO3-- N : Tổng nồng độ nitrat quy về nồng độ nitơ ( mg/L)

PO43- - P : Tổng hàm lượng phốt phát trong nước thải quy về nồng độ phốt phoXLNT: Xử lý nước thải

BTNMT: Bộ tài nguyên và môi trường

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN 08:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặtQCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 39:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tưới tiêu

PWEV: Dự án cho cải thiện môi trường nước đô thị ở thủ đô Viêng Chăn

(The Project for Urban Water Environment ImprovementinVientianeCapital)

1 Tính cấp thiết của đề tài

MỞ ĐẦU

Gia tăng dân số, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đã làm suy giảm nghiêmtrọng nguồn nước sẵn có ở nhiều vùng, từ Trung Đông đến Châu Phi, Đông Nam Á và

Mỹ Latinh Trong bối cảnh ngày càng khan hiếm nước như hiện nay, đã có khoảng 10

% dân số trên thế giới phải tái chế lại phần lớn nước đã qua sử dụng, con số này sẽ tiếptục gia tăng trong tương lai [1,2] Điều đó cũng có nghĩa là con người sẽ phải sử dụngmột lượng nước thải lớn để tưới cho cây trồng nhằm tạo ra sản phẩm nông sản để duytrì sự sống

Nước thải sinh hoạt có thành phần rất phức tạp do bị trộn lẫn nhiều thành phần khácnhau, ở nông thôn, nước thải sinh hoạt bao gồm cả nước thải sinh hoạt và thậm chínước thải chăn nuôi từ các hộ gia đình [3] Trong nước thải tiềm ẩn các chất nguy hạidưới dạng kim loại nặng, chất gây ô nhiễm hữu cơ, mầm bệnh hoặc vi khuẩn khángkháng sinh Sử dụng trực tiếp nguồn nước thải này để tưới sẽ làm tăng tích lũy ônhiễm trong đất, cây trồng và nước ngầm làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vàsức khỏe con người [4]

Tại thủ đô Viêng Chăn, thủ đô nước Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào, nước thải sinhhoạt của thành phố được một hệ thống kênh đào hở thu gom và chuyển vào khu vựcThạt Luổng, là vùng đất ngập nước rộng lớn, nằm phía ngoại ô thủ đô Đây là vùng đấtngập nước vô cùng quan trọng của thủ đô Viêng Chăn, theo đánh giá của Ramsar vùngThật Luổng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải tạo môi trường nước mộtcách rất hiệu quả Hệ thống kênh hở tự nhiên nay đã được bê tông hóa làm hạn chếmột phần tác dụng cải tạo Những năm gần đây thủ đô được mở rộng, đặc biệt xâydựng hạ tầng mạnh mẽ, các cao ốc xuất hiện ngày càng nhiều, dân số thủ đô tăngnhanh khiến lượng nước thải sinh hoạt ngày càng lớn Do vùng đất ngập nước chứanước thải sinh hoạt bị thu hẹp, nên vùng ven đô phải tiếp nhận nước thải sinh hoạt từthủ đô, một phần nước thải được dẫn vào đồng ruộng, hồ chứa tự nhiên Do vậy, cần

có phương án quản lý nước thải nhằm bảo vệ môi trường và tái sử dụng nước thải đểtưới cho cây trồng[5]

Nhu cầu về sản phẩm nông nghiệp sạch và an toàn đáp ứng nhu cầu của xã hội ngàycàng cao Tuy nhiên, hiện nay nhiều nơi còn sử dụng nước thải trực tiếp để tưới làmcho chất lượng sản phẩm không đảm bảo, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêudùng, phát sinh bênh tật và nhiều vấn đề xã hội khác Do vậy tác giả lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nước thải sinh hoạt để tưới cho cây trồng ” để thực

hiện nhằm nghiên cứu kỹ thuật tái sử dụng nước thải sinh hoạt phù hợp làm nước tướicho các cây trồng nông nghiệp hướng đến đảm bảo an toàn cho chất lượng sản phẩmnông nghiệp

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng nguồn vật liệu tự nhiên có chi phí thấp để xử lý nước thảisinh hoạt có thành phần chất hữu cơ cao nhằm tái sử dụng để tưới cho cây trồng gópphần giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời tận dụng nguồn dinh dưỡng trung và đalượng như N, P, K có trong nước thải để bổ sung cho cây trồng trong khi vẫn kiểmsoát được sự tích lũy độc tố trong sản phẩm nông nghiệp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình;

- Vật liệu thí nghiệm: các vật liệu tự nhiên sẵn có ở nông thôn, gồm cát, đất kết von

đá ong, sỏi cuội và phụphẩm nông nghiệp khác

Dựa vào khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải gồm chất hữu cơ hòa tan

và kim loại nặng của các vật liệu có nguồn gốc từ đất và phụ phẩm nông nghiệp để vậndụng vào xử lý nước thải sinh hoạt nhằm tận dụng dinh dưỡng cho cây trồng cũng như

sử dụng nước, bảo vệ môi trường

Nghiên cứu được thực hiện với nguồn vật liệu, cây trồng và nước thải tại Việt Nam.Sau khi nghiên cứu có thể áp dụng được tại Lào, vì lí do là Lào cũng có nguồn vật liệutương tự và tính chất nước thải sinh hoạt tương đối giống Việt Nam Lào cũng canh táccác cây trồng tương tự như lúa, rau, đậu, ngô và lạc Tại Lào chưa có các tiêu chuẩn vềchất lượng nước tưới do vậy đề tài đã áp dụng QCVN 39:2011/BTNMT của Bộ tàinguyên môi trường Việt Nam về chất lượng nước tưới

4.2 Phương pháp nghiên cứu

4.2.1 Phương pháp điều tra thu thập số liệu và lấy mẫu nước thải

- Thu thập số liệu về đặc điểm nước thải tại Hà Nội - Việt Nam và thu thập số liệuđặc tính nước thải ở Viêng Chăn – Lào để so sánh;

- Lấy mẫu nước thải sinh hoạt tại hệ thống thoát nước của các khu dân cư ven Hà Nội

để thí nghiệm

4.2.2 Phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải (mô hình phòng thí nghiệm) Đất, nước và môi

trường – thời gian 24/11/2017 – 08/01/2018

4.2.3 Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm theo các tiêu

chuẩn sau đây:

4.2.4 Phương pháp đánh giá và xử lý số liệu

Kết quả trong luận văn này là kết quả trung bình của các lần thí nghiệm, trong luận án

có 3lần đo lặp mẫu Sau đó thực hiện theo đúng nguyên lý thống kê, loại bỏ những kếtquả không tin cậy

CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1 Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt xuất phát từ nhiều nguồn.Nước thải sinh ra từ nhà vệ sinh đượcgọi là nước đen và nó có hàm lượng chất rắn cao và đóng góp một lượng đáng kể cácchất dinh dưỡng (nitơ và photpho).Nước đen có thể được tiếp tục tách ra thành phân vànước tiểu,nước tiểu được gọi là nước vàng, phân với nước được gọi là nước nâu.Nướcxám bao gồm nước từ phòng tắm,chậu rửa và từ bếp[3]

Theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT,

“nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống,sinh hoạt,tắmrửa,vệ sinh nhà cửa,…của các khu dân cư,công trình công cộng,cơ sở dịch vụ… Nhưvậy,nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người.Mộtsốcác hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện,trường học,nhà ăn,… cũng tạo

ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.Nước thải từ nhà vệ sinh được gọi là nước đen,chất rắn trong nước thải sinh hoạt chủyếu là đây Nước thải chứa một số lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (Nitơ vàphotpho)

Nước thải từ vòi hoa sen,chậu rửa tay,bồn tắm,chậu rửa bát….được gọi là nướcxám,chiếm đến 50-75% lượng nước thải trong hộ gia đình.So với nước thải đen,nướcthải xám có nồng độ ô nhiễm thấp hơn về chất hữu cơ (BOD5,COD),chất dinh dưỡng(N,P, K) và mầm bệnh hơn[3]

Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp.Tiêuchuẩn nước thải sinh hoạt của khu dân cư đô thị thường từ 100-250 L/người.ngày (đốivới các nước đang phát triển) và từ 150 – 500 L/người.ngày (đối với các nước pháttriển).Ở Việt Nam hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 – 180 L/người.ngày.Đối với khu vực nông thôn,tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 – 100người.ngày.Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 90 -100% tiêuchuẩn cấp nước.Ngoài ra,lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vàođiều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở,đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ,công trình công cộng phụ thuộc vàoloại công trình,chức năng,số người tham gia,phục vụ trong đó lượng nước thải từ các

cơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thể chọn từ 15 – 25% tổng lượng nước thải củatoàn thành phố

Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn Trong quá trình sinh hoạt,con người xảvào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định,phần lớn là các loại cặn,chấthữu cơ,các chất dinh dưỡng.Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN7957:2008 có nhữngquy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân đô thị xả vào hệ thống thoát nướctrong một ngày như bảng phân tích mẫu nước

Bảng 1.1 Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước

Bảng 1 2 Thành phần và nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ,công trìnhcông cộng có khối lượng lớn,hàm lượng chất bẩn cao nhiều vi khuẩn gây bệnh là mộttrong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi nước

Hình 1 1 Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

Khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày đượcxác định theo bảng

Bảng 1 3 Khối lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, (g/người ngày)

1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay, quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước đang tạo nênmột sức ép lớn đối với môi trường.Trong sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóangày càng gia tăng.Tính đến năm 2006,cả nước có 722 đô thị từ loại đặc biệt đến loạiV,tổng số dân trên 25 triệu người (bằng 27% dân số cả nước).Theo môt số nghiên cứu

Việt Nam hiện nay mới chỉ xử lý được dưới 10% lượng nước thải so với nhu cầu thựctế.Lượng nước thải chưa được xử lý này được xả trực tiếp vào nguồn nước sông,hồ vàbiển ven bờ Mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm đang ngày càng trầmtrọng.

Các khu vực đô thị tại Việt Nam trong những năm gần đây có tốc độ phát triển cao,mật

độ dân số đang ngày một tăng,diện tích đô thị mở rộng không ngừng,áp lực trong việcbảo vệ môi trường ngày một lớn.Các hệ thống sông ngòi,ao hồ tại các đô thị lớn như

Hà Nội, Hồ Chí Minh đang trong tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, khi mà một lượnglớn nước thải chưa qua xử lý tại các khu sản xuất,nước thải sinh hoạt của các hộ giađình,nước thải từ các lò giết mổ hay nước thải từ các bệnh viện….hàng ngày đều chảytrực tiếp ra các cống rãnh rồi nguồn nước này theo chiều chảy ra sông lớn gây ô nhiễmnguồn nước nghiêm trọng

1.2.2 Tình hình xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung của thành phố,chỉ có một số ít các trạm xử

lý nước thải khu vực,phần lớn lượng nước thải chưa xủ lý được xả trực tiếp vào nguồnnước mặt(sông,kênh,mương,ao,hồ…).Kết quả dẫn đến tình trạng quá tải,vượt quá khảnăng tự làm sạch của sông hồ và hậu quả tất yếu là ô nhiễm nguồn nước mặt

Chỉ có một số xí nghiệp công nghiệp có xây dựng trạm xử lý nước thải với quy môvừa và nhỏ.Các khu công nghiệp,khu chế xuất hiện hình có công trình xử lý nước thảiđang hoạt động có thể chỉ ra:Khu công nghiệp Thăng Long,khu công nghiệp Hà Nội–Đầu tư,khu công nghiệp Nomura-Hải Phòng,khu công nghiệp Việt Nam –Singapore,khu công nghiệp Biên Hòa II,khu công nghiệp AMATA,khu chế xuất TânThuận,khu chế xuất Linh Trung,…vẫn còn một lượng lớn nước thải sản xuất chưađược xử lý hoặc chỉ được xử lý ở mức sơ bộ

Một số bệnh viện ở các đô thị lớn đã xây dựng mới hoặc cải tạo trạm xử lý nước thảinhư:Bệnh viện Bách Mai,Bệnh viện Việt Đức, bệnh viện Nhi Thụy Điển, bệnh việnThanh Nhàn-Hà Nội, bệnh viện Huế,… còn lại đều xây dựng bể tự hoại có dung tíchlớn

Nước thải từ các hộ gia đình,khu chung cư,nhà tập thể chỉ có một số ít là được xử lý sơ

thải sinh hoạt từ các hộ gia định đều không được xử lý mà xả trực tiếp vào hệ thốngthoát nước chung hoặc xả trực tiếp ra môi trường.

Xử lý nước thải chưa thực sự được quan tâm ở Việt Nam.Mặc dù cũng đã xây dựngmột số công trình xử lý nước thải ở một số tỉnh,thành phố lớn như Hà Nội, ĐàNẵng,Bình Dương,Đồng Nai,Thành phố Hồ Chí Minh,…Tuy nhiên,các trạm xử lý đãxây dựng có công xuất nhỏ và số lượng còn ít nên chưa đáp ứng được yêu cầu xử lýcho toàn thành phố

Hệ thống thoát nước tất cả các đô thị phần lớn đều là hệ thống thoát nước chung cho

cả 3 loại nước thải:Nước thải sinh hoạt,nước thải sản xuất và nước mưa.Những hệthống này đã được xây dựng cách đây khoảng 100 năm,rất ít được sửa chữa,duy tu,bảodưỡng nên đã xuống cấp nhiều:Việc xây dựng bổ sung được thực hiện một cách chắp

vá không theo quy hoạch lâu dài,không đáp ứng được yêu cầu phát triển đô thị.Ở cácthành phố quan trọng như Hà Nội,Hồ chí Minh,Hải Phòng,Đà Nẵng…hệ thống cốngthoát nước mới chỉ đảm bảo phục vụ khoảng 40% dân số;ở các thành phố nhỏ hơn,tỷ

lệ phục vụ chỉ đạt khoảng 10-30%

Hầu hết ở các vùng nông thôn của Việt Nam chưa có hệ thống xử lý nước thải Các hệthống thu gom chưa hoàn chỉnh Do vậy nước thải xả trực tiếp ra hệ thống kênh tiêu,kênh tưới, ao hồ tự nhiên gây ô nhiễm môi trường [6]

1.3 Hiện trạng nước thải tại Lào

Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào đã đạt được mục tiêu Phát triển thiên niên kỷ( MDGs, Mục tiêu số 7: Đảm bảo bền vững môi trường, Mục tiêu 7.C: Giảm một nửa

tỉ lệ dân số không được sử dụng bền vững nước uống an toàn và cải thiện vệ sinh cơbản trước năm 2015) Tuy nhiên 6% dân số ở khu vực đô thị và 29% ở khu vực nông

thôn vẫn không thể tiếp cận những tiện nghi vệ sinh đã được cải thiện bởi “Quá trình 25 năm cho cải thiện vệ sinh và nước uống, bổ sung và thẩm định MDG năm

2015, tổ chức UNICEF và tổ chức y tế thế giới năm 2015” Cộng hòa Dân chủ Nhân

dân Lào sẽ tuân theo những mục tiêu phát triển bền vững của hiệp hội các nước “Trướcnăm 2030, đạt được sự tiếp cận đầy đủ và công bằng về sự cải thiện vệ sinh và vệsinh cho toàn bộ người dân và kết thúc việc vệ sinh ngoài trời, quan tâm đặc biệt tớinhu cầu của phụ nữ, bé gái và những người trong tình trạng dễ bị tổn thương”

Bể tự hoại đã được lắp đặt trong nhà và tòa nhà để xử lí nước đen ở khu vực đô thị.Tuy nhiên số lượng và điều kiện là không thống kê được Tổng thể, nước đen có thể

xử lý bằng bể tự hoại trong nước xám thì không xử lý được, và sau đó được xả trựctiếp xuống lòng đất hoặc hệ thống thoát nước

Hiện nay có 4 DEWATS với tỉ lệ thu thập thấp trong khoảng từ 7 đến 26 m3/ngày dựatheo dung tích bởi VTE Những hệ thống này được xây dựng vào năm 2010 và 2012gây quỹ bởi JICA, Viện tái tạo năng lượng Lào (LIRE) và Hiệp hội nghiên cứu và pháttriển quốc tế Bremen (BORDA)

Hệ thống hồ chứa EU bao gồm trạm bơm và ống thu đã được xây dựng vào năm 2000được hỗ trợ bởi DANIDA Tuy nhiên, hệ thống đã ngừng hoạt động do sự thiếu bảo trì

và mất thiết bị Đất sử dụng cho hồ chứa EU thuộc sở hữu của Chính phủ được báncho các Công ty tư nhân và những khu vực đó không còn được sử dụng bởi chínhphủ.Một vài nhà máy và tòa nhà thương mại có hệ thống xử lý nước thải nhưng chỉ với

số lượng hạn chế

Chất lượng nước thải đã được phân tích thông qua SW M/P, 2011 (JICA) cho các kênhrạch, sông; PWEV cho kênh rạch, sông, bể tự hoại; những chất thải từ DEWATS, vàchất thải từ nhà máy VTE không có phòng thí nghiệm để phân tích chất lượng nướcliên quan đến môi trường và nước thải cho đến 2013 Một phòng thí nghiệm đã đượcthành lập tại DONRE với đội ngũ nhân viên được đào tạo bởi Grass Roots TechnicalCooperation Project được tiến hành bởi tỉnh Chiba, Nhật Bản và PWEV được tài trợbởi JICA Qua đó 32 thông số bắt buộc của chất lượng nước để đánh giá môi trườngnước có thể được phân tích tại DONRE vào năm 2017[5]

1.3.1 Nước thải từ hộ gia đình

Việc lấy mẫu từ các bể tự hoại là rất khó vì hầu hết dân cư không thể xác định vị tríđầu ra Một vài đầu ra bị che lấp bởi sàn nhà hoặc bê tông Thông qua việc phân tíchmẫu vật chỉ ra các thông số PWEV, BOD5 cho chất thải từ ST trong khoảng từ 100 đến

110 mg/l hoặc sự suy giảm tỉ lệ của hàm lượng BOD vào khoảng 50 đến 60% Nước

1.3.2 Nước thải từ công nghiệp và các ngành dịch vụ khác

Tình hình của nước thải từ công nghiệp được phân loại bởi một cuộc khảo sát đượctiến hành bởi PWEV vào năm 2016 Dự án này chọn ra 83 nhà máy có xả nước thải đểtiến hành khảo sát từ 539 nhà máy đã được chứng nhận bởi tổ chức phát triển côngnghiệp liên hợp quốc (UNIDO) Kết quả chỉ ra rằng phần lớn các nhà máy vẫn chưa có

hệ thống xử lý nước thải phù hợp ngoại trừ bể tự hoại.Tuy nhiên, lượng chất thải từnhà máy vẫn duy trì thấp và trong hầu hết các trường hợp chất thải thấm vào đất tạinhà máy thay vì xả vào vùng nước công cộng Tác hại của chất thải công nghiệp đếnmặt bằng chất lượng nước có thể không nghiêm trọng hiện tại ngoại trừ một số íttrường hợp.Tuy nhiên, lượng lớn chất thải xám từ cơ sở vật chất cho thương nghiệpnhư nhà hàng, trung tâm mua sắm, khách sạn,… được cho là xả trực tiếp vào vùngnước công cộng tại khu vực trung tâm của VTE và góp phần làm hư hại chất lượngnước của các kênh rạch trong đô thị Những cơ sở vật chất cho thương nghiệp chưađược đăng ký mặc dù có cùng khuôn khổ pháp lý như nhà máy có thể được chấp nhận

1.3.3 Chất lượng nước tại kênh rạch và sông ở đô thị

Chất lượng nước tại các kênh rạch trong đô thị và sông Mak Hiao được theo dõi bằng

SW M/P vào năm 2010 và PWEV vào năm 2016 và năm 2017 qua các thông số pH,

chỉ ra sự hư hại cao tại các kênh rạch trong đô thị ở VTE, đặc biệt là thượng nguồnkênhHong Ke, Hong Pasak và Hon Wattay những năm gần đây, trong khi đó chức

đặc trưng cho các hợp chất hữu cơ và tổng coliform đặc trưng cho các vi khuẩn gâybệnh được trình bày như sau

mg/l trong năm 2016 Được biểu diễn trong bảng 1.4 Sự hư hại của chất lượng nướctại 2 con kênh của Hong Wattay và Hong Ke là rất đáng lưu ý

Bảng 1.4 Nồng độ BOD 5 trong nước thải [5].

0

2/

0 2

0 3/

0 3/

38

N/H

N/

11M

+ Tổng coliform

sông Mekong vào tháng 2, 2010

Bảng 1 5 Tổng Coliform trong nước thải[5]

Bể lắng cát được thiết kế trong công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất vô

cơ, chủ yếu là cát chứa trong nước thải

Bể lắng làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước

2.2 Xử lý sinh học

Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hoá các liênkết hữu cơ dạng hoà tan và không hoà tan của vi sinh vật – chúng sử dụng các liên kết

đó như là nguồn thức ăn của chúng

Các Công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên gồm có:

- Mương oxy hoá

2.3.Công nghệ Phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn ABR (Anaerobic Baffled Reactor)

Hệ thống xử lý nước thải theo công nghệ ABR được Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam nghiên cứu, cải tiến các đặc trưng kỹ thuật, kết cấu, thành phần và đặc trưng công nghệ nhằm tăng hiệu quả xử lý nước thải

và phù hợp với nhiều nguồn nước thải hiện nay ở Việt Nam [4] Hệ thống xử lý nước thải phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn (ABR) đã được áp dụng tại các địa điểm sau:

- Thôn Đại Lâm, xã Tam Đa, Yên Phong – Bắc Ninh

Công suất: 25m3/ngày đêm Loại: Nước thải sinh hoạt lẫn chăn nuôi

- Xã Tân Hòa – Quốc Oai – Hà Nội

Công suất: 25m3/ngày đêm Loại: Nước thải chế biến tinh bột

- Xã Hải Bình, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa:

Công suất: 25m3/ngày đêm Loại: Nước thải chế biến thủy sản

- Thị trấn Lim – huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh:

Công suất: 30m3/ngày đêm Loại: Nước thải sinh hoạt+ giết mổ

Hệ thống xử lý nước thải thải theo công nghệ ABR có thể ứng dụng để xử lý nước thải

ô nhiễm hữu cơ (nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải làng nghề thủy sản ) bằng phương pháp sinh học kỵ khí, thân thiện với môi trường:

nông-Hình 1.2.Xử lý nước thải thải theo công nghệ ABR

2.4 Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá

Được áp dụng đối với từng ngôi nhà hoặc cụm ngôi nhà có diện tích đất không lớn, aonuôi tảo là một trong các nút của hệ sinh thái vườn – ao-chuồng, tảo không cần thu hồi

mà được sử dụng trực tiếp để làm thức ăn cho các động vật nguyên sinh, cá, thịt Phầnlớn các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt đã đượclàm sạch, nên nước thải có thể sử dụng tưới rau và rửa chuồng trại

Thiết bị guồng quay bề mặt

Nước thải  Bể tự hoại  Hồ kỵ khí  Hồ làm thoáng nhân tạoKết hợp nuôi cá

Hình 1.3.Hệ thống xử lý nước thải bằng hồ sinh vật kết hợp nuôi cá

Ngoài ra, công nghệ hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bãi lọc trồng câykết hợp hồ sinh học tái sử dụng cho nông nghiệp

Hình 1.4 Hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bãi lọc trồng cây

2.5.Xử lý nước thải bằng thực vật

Xử lý nước thải sinh hoạt, chăn nuôi và làng nghề bằng thực vật thủy sinh cũngđược áp dụng rất đơn giản và dễ vận hành, chi phí thấp nhưng hiệu quả xử lý khôngcao

Hình 1.5 Mô hình xử lýnước thải bằng thực vật tại Bắc Ninh

Sử dụng đất để xử lý nước thải và xử lý môi trường đã tồn tại từ rất lâu và được sửdụng ở nhiều nơi trên thế giới, điển hình là các nước Nhật Bản, Ấn Độ, Hà Lan, Đức,Thái Lan Các phương pháp xử lý nước truyền thống có sử dụng vật liệu đất bao gồmbãi lọc sinh thái, bãi lọc ngầm, đất ngập nước, lọc cát, bể tự hoại …đã góp phần đáng

kể giảm tải ô nhiễm, tuy nhiên một số hạn chế có thể gặp như tốc độ thấm rất chậm,không thể áp dụng hiệu quả cho các vùng dân cư tập trung, nồng độ chất ô nhiễm cao.Các Công trình đều tốn diện tích sử dụng, đặc biệt là thường bị tắc nghẽn hệ thống

3 Các chức năng của đất và các ứng dụng trong xử lý nước thải

3.1 Chức năng xử lý chất ô nhiễm của đất

Đất có khả năng hấp phụ chất ô nhiễm do trong đất có chứa hạt keo mang điện tích.Khả năng hấp phụ của đất được chia ra 5 dạng sau:

- Hấp phụ cơ học: Là khả năng đất giữ lại những hạt tương đối thô trong các khe, lỗhỏng Đất là một thể xốp, chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhau nên có khảnăng giữ lại một cách cơ học những hạt có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ hổng,hay các chổ uốn cong của mao quản

- Hấp phụ lý học (hấp thụ phân tử): Là khả năng giữ lại những hạt có kích thước nhỏ,những phân tử, nguyên tử trên bề mặt keo đất Các hạt đất có kích thước nhỏ thường

co năng lượng bề mặt Hấp thụ lý học phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ giới, nếu đấtnào có nhiều hạt sét (thành phần cơ giới nặng) thì có năng lượng bề mặt lớn do đó khảnăng hấp phụ lý học càng lớn

- Hấp phụ hóa học: Là khả năng giữ lại trong đất các chất hòa tan ở dạng kết tủa,không tan, ít tan do kết quả của những phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch đất

Na2SO4 + CaCl2 -> CaSO4 + 2NaCl

Al3+ + PO43- -> AlPO43Ca2+ + 2PO43- ->Ca3(PO4)2Dạng hấp phụ này rất phổ biến trong đất và dẫn đến sự cố định nhiều nguyên tố dinhdưỡng trong đất

- Hấp phụ lý – hóa học (hấp phụ trao đổi): Là hấp phụ trao đổi giữa những ion trên bềmặt các keo đất và những ion cùng dấu trong dung dịch đất Thực chất là phản ứng lý– hóa giữa keo đất và ion trong dung dịch đất

- Hấp phụ sinh học:Là khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng bởi vi sinh vật từ dungdịch đất, chủ yếu là cây xanh và vi sinh vật

Nước bị nhiễm bẩn sẽ ảnh hưởng tới chất lượng nước sinh hoạt, hệ sinh thái Khilượng nước ngấm xuống đất, nước sẽ được lọc thông qua các tầng đất Ngược lại nếutầng đất quá nông, hoặc đất không thấm được, phần lớn nước sẽ không thể vào đất,chủ yếu là chảy tràn trên mặt khiến diện tích bị ô nhiễm trở nên rộng hơn

Do đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng, một số khoáng sét có tính chất đặc trưng như:

tính phân cực trong môi trường nước, khả năng trao đổi cation trong cấu trúc tinh thể,

có lỗ rỗng lớn hoặc diện tính bề mặt riêng lớn nên tạo ra các phản ứng trao đổi, hấpphụ hoặc liên kết tĩnh điện để loại bỏ một số chất ô nhiễm có trong nước thải.

Về phương diện hoá học, tinh thể các khoáng vật sét thuộc lớp silicat, được tạo nên từcác đơn vị cấu trúc cơ bản gồm các khối tứ diện tạo nên từ Si và O và các khối bátdiện từ OH và các cation kim loại Al3+, Fe3+… có hai loại cấu trúc chính: 1:1 tức là 1lớp tứ diện và 1 lớp bát diện và 2:1 tức gồm 2 lớp tứ diện và 1 lớp bát diện kẹp giữa.Điển hình cho hai loại khoáng sét này là các khoáng sét thuộc lớp kaolinit và nhómmontmorillonit

Kaolinit: Là một loại sét có cấu trúc tinh thể thuộc loại 1:1 và các nhóm (OH)- đều

hướng ra ngoài nên khi bị phân li chúng cũng tạo nên các tấm mỏng mang điện tích

âm vì vậy đây cũng là nguyên nhân tạo nên tính hấp phụ của khoáng Nhưng khác vớibentonit các khoáng vật thuộc nhóm kaolinit không có khả năng trao đổi cation, bề mặtriêng cũng nhỏ hơn so với bentonit (khoảng20m2/g).Khi bị nung nóng cũng xảy ra cáchiệu ứng tương tự, nhưng khi mất nước hấp phụ ở nhiệt độ thấp, tính chất của khoángchưa thay đổi nhưng nếu nung đến 450-570-600°C quá trình mất nước cấu trúc sẽ xảy

ra và tinh thể khoáng vật sẽ bị phá huỷ, vật chất chuyển sang trạng thái vô định hình và

có độ hoạt tính nhất định đối với từng thành phần hoá học riêng biệt, trongtrường hợpsét kaolin sau khi nung, kaolin có thể kết hợp với CaO tạo thành một chất kết dính như

xi măng [7]

Montmorillonit: Đất đá cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật nhóm smectit (có khả năng

trương nở) được gọi là bentonit Nhóm khoáng vật smectit bao gồm: monmorilonit,beidelit, nontronit và vài khoáng vật ít phổ biến khác Khoáng vật nhóm smectit có cấutrúc mạng tinh thể nhiều lớp đặc trưng ô mạng cơ sở tạo thành 3 lớp Hai lớp ngoài(lớp dưới và lớp trên), cấu tạo từ các tứ diện (Al, Si)O4 và được gọi là lớp tứ diện.Giữa chúng phân bố lớp cation bát diện, trong đó các cation Al, Fe, Mg chiếm vị tríbát diện do cấu trúc dạng vòng của oxy trong tứ diện [SiO4]- và nhóm hydroxit [OH]-.Bình thường các bát diện có thể lấp đầy bằng hai cation hoá trị III hoặc ba cation hoátrị II Do sự thay thế các nguyên tố hoá trị III (Al, Fe) trong lớp giữa octahedralbằngcác nguyên tố hoá trị II (Mg, Fe) hoặc Si hoá trị IV bằng Al hoá trị III trong lớp tứdiện tạo nên sự dư thừa điện tích âm trên bề mặt giữa các lớp cấu trúc, hơn nữa mặt

đáy của các lớp cấu trúc được tạo nên bởi các mối liên kết O-2 hoặc (OH)- cũng tạo cho

bề mặt cấu trúc tinh thể của khoáng vật một điện tích âm.Để trung hòa điện tích trongcấu trúc tinh thể, các khoáng này thường được gắn thêm các cationtrao đổi Chủ yếu

đó là các ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+và Fe2+

Hình 1.6 Cấu trúc không gian tinh thể Montmorillonit

Trong quá trình tương tác với nước xung quanh các cation này hình thành các lớp vỏhydrat và do đó dẫn đến hiện tượng trương nở trong tập hợp các tập sét này Khả nănghydrat hoá cao nhất có ở các ion kim loại kiềm là natri Khả năng trương nở ít hơn làcác ion kim loại kiềm thổ - canxi và magie Khả năng trương nở, tăng thể tích, cũngnhư hấp thụ hoặc trao đổi các cation trên bề mặt giữa các lớp cấu trúc của smectit (từ2- 20 lần) đã tạo nên tính năng công nghiệp quý giá của chúng Theo thành phần cationtrao đổi, bentonit được chia làm loại: kiềm và kiềm thổ Đối với bentonit kiềm, cation

Na chiếm ưu thế trong tổ hợp cation trao đổi Do Na+ có khả năng thu hút một lượnglớn các nhóm hydrat mà monmorillonit có hàm lượng Na+cao có khả năng trương nởlớn nhất Bentonit với Ca chiếm ưu thế được gọi là bentonit canxi Ngoài Ca2+, trongmonmorillonit có thể có Mg2+ với số lượng đôi khi vượt cả Ca2+ Song thường gặp hơn

cả là biến thể của bentonit canxi-magie.Trong môi trường nước, sét thuộc nhómbentonit hay thường gọi là smectit (7 khoáng vật chính), rất dễ phân li và tạo nên mộtdung dịch dạng huyền phù Kích thước của khoáng sét nhìn chung rất nhỏ (sét thườngtập trung trong hợp phần dưới 2 micromet) Do cấu trúc đặc biệt, sét bentonit có bềmặt riêng lớn (có thể đạt trên 200-300m2/g), lỗ rỗng lớn nên khả năng hấp phụ lớn,

suy giảm do cấu trúc tinh thể bị thay đổi, sét sẽ mất nước hấp thụ trong khoảng 120°C, tiếp đó sẽ bị mất nước cấu trúc trong khoảng 450-570°C và cấu trúc tinh thể bịphá huỷ nhưngcũng tương tự các khoáng khác nêu trên trong giai đoạn này tinh thểmới chưa được hình thành, các oxit mới Al2O3, SiO2 đang ở dạng vô định hình nên vẫncòn hoạt tính[7].

80-Gibbsit Al(OH)3có hai lớp (OH) cũng chồng khít lên nhau nhưng chỉ khác ở chỗ chỉ có2/3 lỗ hỗng được tạo thành từ các nhóm (OH) đó được lấp đầy bằng nguyên tử Al vàmặc dù mỗi một nguyên tử Al vẫn được 6 nhóm (OH) vây quanh Hơn nữa, trong cấutrúc của bruxit mỗi nhóm (OH) tiếp xúc với 3 nhóm (OH) khác trong cùng lớp còntrong cấu trúc của gibbsit các nhóm OH của lớp này lại trực tiếp tiếp xúc với các nhóm

OH của lớp trên.Cũng tương tự bruxit, gibbsit cũng có khả năng phân li trong nước cóđiện tích âm hướng ra mặt ngoài nhưng gibbsit lại có tính phân cực mạnh hơn (lệch) vìchỉ có 2/3 số lỗ rỗng được lấp đầy nên khả năng hấp phụ thể hiện rõ ràng hơn.Khi bịnung nóng ở nhiệt độ từ 240°C-450°C các nhóm OH bắt đầu bị thoát ra khỏi cấu trúc

và một biến thể trung gian được hình thành (boehmit) AlO(OH) với hoạt tính thấp hơn

và từ 450°C- 600°C một lần nữa xảy ra quá trình mất nước cấu trúc của boehmit mớiđược hình thành trước đó Ở nhiệt độ cao hơn (1200°C) sẽ chuyển thành corindon bềnvững và không còn hoạt tính

Boehmit AlO(OH): Kết tinh ở tinh hệ thoi, có cấu trúc dạng lớp, mỗi một cation Al3+được bao bọc bởi 6 nguyên tử O nhưng các nguyên tử O này không nằm thẳng hàng

mà bị biến dạng thành các lớp, các lớp này liên kết với nhau bằng mối liên kết H theodạng -O-H-O-H-O

Hình 1.7.Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit

Cũng tương tự các hyđroxit khác boehmit dễ dàng phân li trong nước và cũng có khảnăng hấp phụ tuy nhiên do kết tinh ở hệ khác nên độ bền nhiệt của boehmit có sự khác

biệt hơn so với các hyđroxit nhôm khác,khi bị nung nóng cấu trúc tinh thể bị phá huỷ,mất nước cấu trúc xảy ra ở nhiệt độ từ 450°C- 600°C.

Goethite FeO(OH): Là hai biến thể chủ yếu của hyđroxit sắt hay limonnit biến thể

chứa 12-14% nước FeO(OH).nH2O Goethite có cấu trúc tinh thể tương tự cấu trúc củadiaspor và cũng có những tính chất tương tự

Trong quá trình bị nung đốt cấu trúc của goethite bị phá huỷ bắt đầu từ nhiệt độ từ300-420°C và goethite chuyển dần sang dạng oxit άFe2O3 hematit Nhưng nếu nungđến 680°C sẽ xảy ra quá trình ngược lại chuyển đổi từ cấu trúc άFe2O3 hematit sangFe2O3

3.2 Tiềm năng đất kết vón đá ong và các ứng dụng trong XLNT ở Lào

Lào, tên chính thức là Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (Lao PDR), thuộc Đông Nam

Á, tại trung tâm khu vực sông Mê Kông Lào đặc trưng bởi địa hình dốc và nhữngthung lũng sông hẹp Vùng phía bắc của đất nước với địa hình đồi núi rộng lớn có cao

độ thường trong khoảng vài trăm mét chiếm khoảng 70% diện tích địa lí của cả nướcđược tạo thành bởi các dãy núi, cao nguyên và sông suối chảy qua

Lào có những nguồn năng lượng tự nhiên quan trọng như khoáng sản, thủy điện vànhiều nguồn năng lượng khác Những nguồn khoáng sản đã được xác định ở Lào là

barit, đất sét, than đá, đồng, dolomit, vàng, than chì, thạch cao, đá vôi, muối đá,

khoáng sản như antimon, amiăng, bismut, coban, quặng sắt, cao lanh, chì, than non,mangan, molybden, potash, cát silica và vonfram Lào cũng có nền địa chất thuận lợicho khai thác than đá, đồng, vàng, quặng sắt, muối kali, muối đá và thiếc Trong năm

2005, sản phẩm khoáng sản của Lào bao gồm các loại barit, đá cacbonat (cho xâydựng tổng hợp và đá vôi), đất sét, than, đồng, đá quý (ruby và sapphire), vàng, thạchcao, muối đá, cát và sỏi, bạc, thiếc và kẽm Than đá, vàng, thạch cao và kẽm là nhữngmặt hàng khoáng sản chủ yếu được sản xuất trong năm 2005

Ở Lào, phần lớn đất trong đồng bằng ngập lũ được hình thành từ phù sa lắng đọng bởicác con sông và là đất sét cát hoặc cát với màu sắc nhạt hoặc cát có màu xám hoặc

vàng; về mặt hóa học, đây là các chất trung tính hoặc hơi chua Các vùng đất cao cónguồn gốc từ đá kết tinh, granit, đá phiến sét, hoặc đá sa thạch thường có độ axit cao

và ít màu mỡ hơn Nam Lào bao gồm các khu vực đất đá ong (mặn và chứa sắt), cũngnhư đất bazan trên cao nguyên Bolovens như thể hiện trong hình 1.8

Hình 1 8 Bản đồ phân bố các bazan kỷ thứ ba (vùng màu xám) ở vùng lân cận của Đông Dương (sửa đổi sau bởi Barr & MacDonald, 1981)

Đặc tính của đá ong là một loại đất và đá giàu sắt và nhôm, và thường được cho là đãhình thành ở những vùng nhiệt đới nóng và ướt Gần như tất cả các loại đá ong có màu

đỏ gỉ, vì hàm lượng sắt oxit cao như thể hiện trong hình 1.9

Hình 1 9 Mẫu đất kết vón đá ong tại Lào

Đất đá ong gần đây được sử dụng cho một số công việc như bảo tồn di sản, đặc biệt là

được sử dụng để xây dựng lại đường nghi lễ dựa trên dự án có tiêu đề "Nâng cao năng lực quản lý tài nguyên văn hoá thông qua việc chuẩn bị và thực hiện Quy hoạch bảo tồn và Quản lý Quy hoạch bảo vệ Vat Phou và khu vực khảo cổ xung quanh trong khuôn khổ Phát triển bền vững Champassak, Lào và khôi phục lại một phần cấu trúc tòa nhà theo Dự án Khai quật và Bảo tồn của Dự án LAO / UNESCO’’.Hơn nữa theo

tính chất chính của đất sét chứa đá ong, đất đá ong được sử dụng để làm nền móng vàlõi đập tại Lào như là nền móng và vật liệu xây dựng, từ đó đưa ra những kết luận cho

sự phát triển áp suất nước lỗ rỗng trong một đập đá với cốt lõi sét trên một nền đất còn

đất sét chứa đá ong được xây dựng trên nền đất sét đá ong Cơ sở dữ liệu cho bài báonày đã thu thập được cả từ đánh giá tài liệu, và từ nguồn dữ liệu được thu thập cho các

dự án thủy điện ở Lào

Ứng dụng kỹ thuật phối trộn các lớp đất trong xử lý nước thải (MSL)

Kỹ thuật xử lý môi trường phối trộn các lớp đất có tên gọi quốc tế là (Multi SoilLayering-MSL) là kỹ thuật sử dụng nhiều lớp vật liệu có nguồn gốc từ đất, sắp xếptheo một trình tự nhất định để xử lý các chất gây ô nhiễm trong nước thải [2,8] Sơ đồđược thể hiện tại hình vẽ

Nước thải vào

Lớp đất trộn:Khoáng sét có trong đất được

đóng chặt có tác dụng hoàn thành quá trìnhphân hủy chất hữu cơ, chất dinh dưỡng…nhờhoạt động của các vi khuẩnkỵ khí, hiếm khí vàtùy tiện

Lớp đất thấm qua: Dùng than hoạt tính,

khoáng sét zeolite, sỏi,…để phân hủyvà hấpphụ các chất gây ô nhiễm trong nước thải nhờkhả năng hấp phụ của vật liệu và hoạt động của

vi sinh vật hiếm khí

Nước sau xử lý

Hình 1 10.Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng

Cơ chế xử lý nước của phương pháp MSL được thể hiện trên hình vẽ Lớp đất trộn(Soil mix layer) diễn ra 2 quá trình xử lý hiếm khí và yếm khí Do vậy xử lý được cảchất hữu cơ và nito trong nước.Hầu hết các hợp chất C và N mất di do quá trình phânhủy yếm khí và hiếm khí tạo thành khí N2 và CO2 thoát ra không khí Lớp vật liệuthấm xử lý đượckim loại nặng, NH4+ và PO43-nhờ quá trình hấp phụ trong điều kiện cóO2.

Trong điều kiện hiếu khí chất hữu cơ có trong nước thải được loại bỏ thông qua cácphản ứng sau:

C18H19O9N + 17,5O2 + H+ → 18CO2 + 8H2O + NH4+

C18H19O9N + 19,5O2 → 18CO2 + 9H2O +H+ + Các vi sinh vật tự dưỡng chuyển hóa amoni thành nitrit và từ nitrit thành nitrat, quátrình này diễn ra trong điều kiện hiếm khí Vi sinh vật đặc trưng cho quá trình chuyểnhóa thành nitrit là nhóm Nitrosomas và cho quá trình oxi hóa thành nitrat là nhómNitrobacter Các phản ứng được diễn ra theo như sau:

NO3-80,7NH4+ + 114,55O2 + 160,4HCO3- → C5H7NO2 + 79,7NO2- + 82,7H2O +

55,4H2CO3134,5NO2- + NH4+ + 62,25O2 + HCO3- + H2CO3- → C5H7NO2 + 134,5NO3- + 3H2O

Sự tích tụ của poly phốt phát trong điều kiện hiếu khí được mô tả theo phản ứng dưới đây:

C2H4O2 + 0,16NH4+ + 1,2O2 + 0,2PO43- → 0,16C5H7O2 +1,2CO2 + 0,2(HPO3) +

0,44OH- +1,44H2OTrong điều kiện hiếm khí, hấp phụ ion được thực hiện trên bề mặt các hạt keo đất nhờphản ứng hóa học:

[KĐ]-OH+ HPO42-+H = [KĐ]-OPO32- +H2O

4 Nhu cầu dinh dưỡng của một số cây trồng ngắn ngày

4.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa

Theo tác giả Hồ Đình Hải, 2014 “Quy trình bón phân cho cây lúa” được chia theo các giống lúa như sau:

4.1.1 Nhu cầu dinh dưỡng cho lúa địa phương

Đây là nhóm giống lúa nhiệt đới (indica) có thời gian sinh trưởng dài (5-7 tháng), phản

ứng phân đạm kém, năng suất thấp (2-4 tấn/ha) nhưng chất lượng gạo ngon

Đất sản xuất lúa mùa thường chỉ trồng được một vụ trong năm nên chất dinh dưỡngtrong đất ít bị hao kiệt như khi trồng lúa cải tiến hay lúa lai Mặt khác do lúa mùa caocây nên lượng rơm rạ để lại trong đất khá nhiều và vi sinh vật đất đa dạng nên các chấtdinh dưỡng trong đất bù đắp phần nào sự thiếu hụt

Lượng phân chuồng cần 8-10 tấn/ha, thực tế hiện nay dùng phân hữu cơ truyền thống

để bón cho cây lúa là khó thực hiện, đặc biệt ở vùng ĐBSCL Nếu không có điều kiệnbón phân chuồng nên giữ lại rơm rạ cày vùi hợp lý để cung cấp chất hữu cơ cho đất.Trên ruộng lúa cần cung cấp phân bón, công thức phân nguyên chất tương ứng nhưsau:

Đ

ạ L â

K a

50

-

30-

30

Bảng 1 6 Các thời kỳ bón phân của lúa địa phương

4.1.2 Nhu cầu dinh dưỡng cho giống lúa cải tiến

Các giống lúa cải tiến có lá thẳng đứng, mật độ dầy, phản ứng đạm mạnh Ruộng trồnggiống lúa cải tiến là ruộng chủ động nước, trồng được 2-3 vụ/năm Do giống lúa cảitiến có năng suất cao và trồng nhiều vụ liên tục nên đất trồng lúa thiếu hụt phân bón