Đặt vấn đềNước thải sinh hoạt tại các khu dân cư tập trung, khu đô thị, vùng ven đô của những thành phố lớn tại Việt Nam hầu như chưa được xử lý, hay mới chỉ được xử lý bằng các hệ thống
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐHQGHN
KHOA MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG MÔ HÌNH
HỒ THỦY SINH NUÔI BÈO LỤC BÌNH
GVHD:
Danh sách nhóm 3
1 Vũ Thị Hồng Hạnh
2 Trần Thị Kỳ Duyên
3 Nguyễn Thị Thu Hiền
4 Phạm Thị Dương
5 Vũ Thị Dung
1
Trang 2Mục lục
2
Trang 3I Đặt vấn đề
Nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư tập trung, khu đô thị, vùng ven đô của những thành phố lớn tại Việt Nam hầu như chưa được xử lý, hay mới chỉ được xử lý bằng các hệ thống đơn giản như bể tự hoại , chất lượng nước chưa đạt yêu cầu xả ra ngoài môi trường, đây là nguồn gây ô nhiễm môi trường sống, lây lan dịch bệnh Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng.Với điều kiện kinh tế của Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp đơn giản, tận dụng điều kiện sẵn có, chi phí xây dựng vận hành thấp nhưng vẫn đảm bảo các các tiêu chuẩn môi trường đang là một trong những hướng đi hợp lý
Phương pháp hồ thủy sinh được biết là một trong nhóm các phương pháp tự nhiên đã và đang được ứng dụng nhiều nơi trên thế giới và không chỉ để xử lý NTSH mà còn cho nước thải công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực khác Ý nghĩa của phương pháp ngoài việc đơn giản, chi phí thấp mà còn có thể đem lại giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường sống, sinh khối thực vật được tạo ra còn tạo thành các sản phẩm có giá trị kinh tế
Phương pháp hồ thủy sinh dựa trên cơ sở sử dụng các loại thực vật thủy sinh bậc cao có khả năng làm sạch các chất bẩn trong nước thải, tác dụng cơ bản của thực vật trong hệ thống thủy sinh sẽ tạo ra môi trường giàu oxy, tạo ra giá thể cho các loại vi sinh vật hiếu khí phát triển, thúc đẩy các quá trình nitrat hóa, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước Các loại cây trồng trong hệ thống thường là các loại thực vật thủy sinh lưu niên, thân thảo, thân xốp, rễ chùm như sậy, cói, cỏ đuôi mèo, thủy trúc, rau mác, bèo tây,…
Khảo sát khả năng làm sạch nước thải của lục bình so với các loại thực vật trôi nổi khác cho thấy, lục bình
có khả năng xử lí nước thải sinh hoạt là tốt hơn cả, tốt nhất với hiệu quả xử lí chất rắn lơ lửng (SS), amoni (NH4+), phốtphat (PO43-) và với cả chất rắn lơ lửng
Nội Dung
1) Khát quát đối tượng cần xử lý
1.1 Khái niệm: Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước đã được dùng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa, của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, Như vậy, nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh
3
Trang 4viện, trường học, bếp ăn, cũng tạo ra các loại nước thảicó thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt
1.2 Thành phần
Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% lượng nước được cấp cho sinh hoạt.nước thải sinh hoạt thường chứa những tạp chất khác nhau Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật (vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong NT ) và vi sinh vật gây bệnh rất nguy hiểm Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy, Đặc trưng NTSH là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lượng chất bẩn ) Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein( 40-50%), hydrocacbon (25% - 50%), các chất béo, dầu mỡ (10%) Ure cũng là chất hữu
cơ quan trọng trong nước thải sinh hoạt Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao dộng trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô Các chất vô cơ như amoni, magie, kali….Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học
1.3 Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra
• COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí
có thể hình thành Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4, làm cho nước có mùi hôi thúi và làm giảm pH của môi trường
• SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí
• Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước
• Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,
…
• Ammonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá ( sự phát triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao
do quá trình hô hấp của tảo thải ra )
• Màu: mất mỹ quan
• Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt
2)Hồ sinh học
4
Trang 52.1 Khái quát đặc điểm của hồ sinh học
Hồ sinh học (Waste Stabilization Ponds) là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ
ổn định nước thải
Đây là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Hồ sinh học dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên
Trong hồ diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các lọai vi khuẩn, tảo và các loài thủy sinh vật khác.giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh
Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ
2.2 Hệ động thực vật trong hồ sinh học
Hệ động thực vật của hồ sinh học thường có các vi sinh vật: vi sinh vật, nguyên sinh động vật, tảo, rêu, bèo Các vi sinh vật trong hồ là các vi sinh hiếu khí như các vi khuẩn nitrat hóa.Trong hồ sinh học các loại thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chất lượng nước Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng (Cu, Cd, Hg, Zn) để cho sự đồng hoá và phát triển sinh khối
Tuỳ theo từng điều kiện cụ thể mà hình thành nên các nhóm thực vật thuỷ sinh và trong các nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có một số có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm Thực vật thuỷ sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm có thể chia làm 3 loại: nhóm thực vật ngập nước, nhóm thực vật trôi nổi, nhóm thực vật nửa ngập nước
Nhóm thục vật trôi nổi:
Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước gồm hai phần: phần lá và phần thân mềm nổi trên mặt nước, đây là phần nhận ánh sáng trực tiếp từ mặt trời, phần dưới là rễ, rễ của các loài thực vật này là rễ chùm Chúng phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên
lá thực hiện quá trình quang hợp
Loài thực vật này trôi nổi trên nước theo gió và dòng nước Khi chúng di chuyển kéo theo rễ quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc và hấp thụ qua rễ Rễ của loài thực vật này là giá thể cho các loại vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải So với loài thực vật ngập nước, loài thực vật trôi nổi này có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao
5
Trang 6Nhóm này bao gồm chủ yếu là các loại bèo như: Eichhorinia crassipes (bèo Nhật Bản, Lục bình);
spirodella; lema; Postia statiotes…
2.3 Hồ hiếu khí
Hoạt động dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí.Hiện nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại:
Hồ làm thoáng tự nhiên: Ô xy cung cấp cho quá trình ô xy hóa chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật nước (rong, tảo,…)
Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết
vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học
Xử lý nước thải bằng hồ sinh học nói chung, đặc biệt là hồ sinh học hiếu khí có những ưu điểm nên nó là một trong số những loại hình công trình xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi và đem áp dụng ở các tỉnh nước ta khá thích hợp, có thể kết hợp làm hồ thả bèo, nuôi cá Điều đó đem lại hiệu quả kinh tế và tăng cường `xử lý nước thải Nếu thả bèo trên mặt hồ sẽ tăng thêm nguồn ô xy cho quá trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩy quá trình ô xy hóa
2.4 Nguyên tắc hoạt động của hồ sinh học hiếu khí:
Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng xuống đáy Các chất hữu cơ còn lại trong nước thải sẽ bị các vi sinh vật (vi khuẩn) hấp thụ và oxy hóa mà sản phẩm tạo ra là sinh khối của nó Vi sinh vật sử dụng oxy từ thực vật trong hệ thống thủy sinh (bèo lục bình,
rêu ,tảo)` trong hóa trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ và các loài thực vật trong hồ lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ của vi sinh vật, thúc đẩy các quá trình nitrat hóa, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH và nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ không được thấp hơn 6oC Trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ tự dưỡng sang dị dưỡng, tham gia vào quá trình oxy hóa chất hữu cơ Nấm, xạ khuẩn cũng thực hiện quá trình này
Xử lý nước thải ở hồ sinh học là lợi dụng quá trình tự làm sạch của nguồn tiếp nhận nước thải Lượng oxy cho quá trình sinh hóa chủ yếu là do không khí xâm nhập qua mặt thoáng của
hồ và do quá trình quang hợp của thực vật nước
3)Giới thiệu về bèo lục bình
6
Trang 7 Lục bình (Eichhornia crassipes) là một loài thực vật thuỷ sinh, thân thảo, sống nổi theo dòng nước Ở dạng tự nhiên, lục bình có tác dụng hấp thụ những kim loại nặng (như chì, thủy ngân, strontium) và vì thế có thể dùng để khử trừ ô nhiễm môi trường Lục bình được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, dùng ủ nấm rơm, làm phân chuồng Lục bình phơi khô có thể chế biến
để dùng bện thành dây, thành thừng rồi dệt thành chiếu, hàng thủ công, hay bàn ghế
Bèo lục bình vốn có tên gọi dân gian là bèo tây,sở dĩ có cái tên Lục Bình hay Lộc Bình vì phần cuống lá phình to giống lọ lộc bình, ngoài ra,nó còn có tên là bèo Nhật Bản vì có người cho rằng nó được mang về từ Nhật Bản
Bèo thuộc giới Plantae, ngành Magnoliophita, bộ Commelinales, họ Pontederiaceae, chi Eichnornia, loài Eichnornia Crasipes
Bèo có xuất xứ từ Nam Mĩ, du nhập về Việt Nam vào khoảng những năm 1905, có chiều cao trung bình khoảng 30 cm, lá dạng hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn, cuống lá phình to như bong bóng, ruột xốp giúp bèo nổi được trên mặt nước, ba lá đài giống như ba cánh, rễ dài (đến 1m) rủ xuống nước Bèo nở hoa vào mùa hoa vào mùa hè, có màu tím nhạt, điểm chấm màu lam, cánh hoa trên có một đốt vàng Hoa có 6 nhụy gồm 3 dài, 3 ngắn Bầu thượng chứa 3 ô đựng nhiều noãn, quả nang, dò hoa đứng thẳng đưa hoa vươn khỏi túm lá
Bèo Lục bình có thể sống được cả ở cạn và ở nước Chúng nằm trong nhóm thực vật ưa sáng, phát triển thuận lợi ở nhiệt độ từ 20-40 độ C
Bèo sinh sản rất nhanh, một cây mẹ có thể đẻ cây con, sinh khối có thể tăng gấp đôi chỉ sau 6-15 ngày nên rất dễ làm tắc nghẽn ao, hồ Tại Curug Reservoir của Java Indonesia sau 50 ngày từ 3 ha chúng đã che phủ toàn bộ 50 ha diện tích mặt nước (Tjitfosoedirdjo, 1984)
Hamdoun and Tigani (1977) cho rằng hàng năm sự thoát hơi nước của bèo lục bình trên sông Nile làm mất đi khoảng 7 tỷ m3 nước tương đương với 10% lưu lượng trung bình Sự phát triển quá nhanh của nó trở thành mối đe dọa môi trường sinh học của các thủy vực nhưng nếu được khai thác tốt sinh khối hữu cơ thì nó đượccoi là tiềm năng thực vật(woormer, 1997)
Bình thường Bèo lục bình có chức năng như là đối tượng tham gia vào xử lý nước thải nhờ đặc tính phát triển nhanh, tốc độ hấp thu chất ô nhiễm tốt nhanh chóng làm giảm chất ô nhiễm trong môi trường nước Trong điều kiện thuận lợi 1ngày 1 ha bèo lục bình có thể loại bỏ 22-44 kg nitơ, 8-17 kg Phốt pho Chúng còn được coi là loài thủy sinh có khả năng hấp thụ và xử
7
Trang 8lí kim loại nặng trong nước, chính sự gia tăng nồng độ chất ô nhiễm cũng là yếu tố góp phần làm tăng sự bùng phát của bèo
3.2 Vai trò của bèo lục bình trong xử lý nước thải
Lá của bèo tây xảy ra quang hợp vào ban ngày nên chúng cung cấp một lượng lớn O2
cho vùng rễ và vùng bề mặt thúc đẩy quá trình phân hủy hiếu khí các hợp chất hữu cơ cũng như quá trình nitrat hóa các hợp chất nito, việc taqwng DO trong nước còn thúc đẩy quá trình lắng đọng photpho trong nước
Bèo tây sản sinh nhanh trong môi trường nước thải , do vậy sau một thời gian ngắn chúng tạo thành bè mảng cso tác dụng giảm ánh sáng mặt trời nên giảm sự phát triển của tảo , đồng thời làm giảm tác động của gió lên bề mặt ao hồ dẫn đến giảm sóng và dòng chảy ; chúng có tác dụng làm giảm sự xáo trộn bởi nhiệt giữa các tầng nước Chính điều đó làm tăng khả năng lắng đọng của cặn lơ lửng có trong nước thải
Bèo tây có đặc điểm là bộ rễ phát triển gồm nhiều rễ nhỏ liti , chúng là giá thể cho rất nhiều vi sinh vật trong nước thải bám dính, tạo điều kiện tốt nhất cho sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và vi sinh vật trong nước thải , tức là thúc đẩy quá trình xử lý nước thải nhanh hơn
Bộ rễ của bèo tây có diện tích bề mặt rất lớn do vậy nó có khả năng hút rất nhiều các chât lơ lửng , làm trong nước
Phía dưới của ao hồ xảy ra quá trình kỵ khí các hợp chất của C và khử nitrat , trong số các sản phẩm tạo ra là khí độc và ó mùi khó chịu , nhưng do phía trên của ao hồ có bèo nên các khí này bị hấp thụ do vậy ở những vùng xử lý đúng quy cách chúng ta sẽ không phát hiện được mùi của các khí này
Trong quá trình sống bèo tây có nhu cầu sử dụng các chất dinh dưỡng cần thiết như đạm,lân ,các chất vi lượng như kim loại nặng do vậy chính bèo tây cũng tham gia trực tiếp vào việc xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải
Bèo cải tạo cảnh quan sinh thái của khu vực
Bèo còn góp phần làm tăng đa dạng sinh học cho vùng thực hiện chức năng xủ lý nước thải như thu hút các loài thủy sinh vật
Khi thu hoạch bèo có thể làm phân hữu cơ , tạo khí biogas,làm thức ăn cho gia súc gia cầm
Hiệu quả của xử lý nước thải bằng bèo lục bình :
8
Trang 9Đối với độ đục là 99,79%
COD là 66,10%
Nito tổng là 64,36%
Photphat tổng là 42,54%
Đối với các kim loại nặng như Cu, Zn,Cd,Cr trong nước thải ra môi tường đạt loại A so
Chỉ tiêu Hàm lượng chất thải được xử lý (%)
cao su
hiệu quả xử lý
Bèo tây có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng các kim loại nặng đồng thời phân giải và đồng hóa các chất bẩn trong nước
Qua thực nghiệm nhiều nước đã chứng minh rằng 1 ha maetj nước thả bèo tây trong vòng 24h có thể hấp thụ 34kg Na, 22kg Ca, 17kg P,4kg Mn, 2.1kg Phenol, 98g Hg, 104g Al, 297g NaOH
Ngoài ra chúng còn có khả năng hút một lượng lớn kẽm và phân giải Cyanua
Hiệu suất xử lý nước thải của lục bình đối với độ đục là 97,79%; COD là 66,10%; Nitơ tổng là 64,36%, phosphat tổng là 42,54%
Khảo sát khả năng làm sạch nước thải của lục bình so với các loại thực vật trôi nổi khác cho thấy, lục bình
có khả năng xử lí nước thải sinh hoạt là tốt hơn cả, tốt nhất với hiệu quả xử lí chất rắn lơ lửng (SS), amoni (NH4+), phốtphat (PO43-) và với cả chất rắn lơ lửng lần lượt là: 63,96%, 87,5% và 98,98%
Cơ chế làm sạch nước thải trong hồ thủy sinh xảy ra như sau
- Loại bỏ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học: do sự tiếp nhận bởi thực vật, loại bỏ COD, BOD nhờ các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí bám trên phần thân, lá và rễ ngập nước của thực vật;
- Loại bỏ chất rắn: dựa trên cơ chế lắng trọng lực;
9
Trang 10- Loại bỏ Nitơ: bởi 3 quá trình chính là quá trình Nitrat hoá (bằng việc oxy hóa NH3, NH4+ thành NO2-
và NO3-, được xảy ra theo hai giai đoạn nitrit hóa với sự tham gia của các vi khuẩn nitrit hóa như
Nitrosomonas, Nitrococcus cystis, Nitrogloea, Nitrospira và giai đoạn nitrat hóa với sự tham gia của vi khuẩn nitrat hóa như Nitrobacter), Quá trình denitrat hóa (quá trình trao đổi chất trong điều kiện thiếu oxy của vi khuẩn trong môi trường có ít hoặc không có oxy, quá trình này có chức năng cung cấp đầy đủ C để tổng hợp tế bào, phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH trung tính, diện tích bề mặt, khả năng thoát khí N2 6NO3- + 5CH3OH 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH
-Sự bay hơi của amoniăc NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí, tiếp đến là do sự hấp thụ của thực vật
- Loại bỏ Photpho: bởi quá trình hấp thụ của thực vật và đồng hoá của vi khuẩn, tạo phức và hấp phụ lên
bề mặt hạt rắn hay các chất hữu cơ để kết tủa và lắng theo thời gian lớp trầm tích đó được nạo vét và xả bỏ;
- Loại bỏ kim loại nặng: các kim loại nặng hòa tan trong nước thải khi chạy qua hệ thống xử lý tự nhiên, chúng cũng được loại bỏ bởi các cơ chế kết tủa và lắng ở dạng hydroxit hoặc sunfur kim loại không tan trong vùng hiếu khí và yếm khí Một phần được hấp thụ vào tế bào của thực vật thủy sinh cũng như các vi khuẩn
tiếp nhận hoặc cùng với chất rắn, thực vật chết lắng đọng vào trầm tích Khi lượng bùn chứa kim loại nặng cũng như chất hữu cơ đạt tới giới hạn thì cần loại bỏ khỏi hệ thống tránh hòa tan ngược trở lại bằng việc nạo vét
- Loại bỏ vi sinh vật gây bệnh: được loại bỏ nhờ các quá trình vật lý như dính kết, lắng, lọc, hấp phụ cũng dẫn đến sự tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, do tồn tại trong điều kiện môi trường không thuận lợi với thời gian dài bởi tác động của các yếu tố lý-hoá của môi trường tự nhiên như nhiệt độ.Trong tự nhiên, bộ rễ của của một số loại thực vật ngập nước có thể sinh ra một số chất đặc biệt có thể sinh ra chất kháng sinh 1
10