Bài giảng trình bày các mục tiêu cơ bản cần đạt được của vệ sinh sinh thái, các nội dung kỹ thuật tác nước tiểu khỏi phân, xử lý nước xám, nước mưa, tái xử dụng kinh tế và an toàn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1Vệ sinh sinh thái (Ecosan)
PGS TS Nguyễn Việt Anh, Trường ĐHXD
Kỹ
Kỹ thuật thuật vệ vệ sinh sinh chi chi phí phí thấp thấp 1 Các mục tiêu cơ bản cần đạt được
của Vệ sinh sinh thái (EcoSan)
Tiêu diệt được mầm bệnh, tránh được bệnh tật Thu giữ và xử lý được chất thải, không làm ô nhiễm môi trường
Khép kín chu trình dinh dưỡng Khép kín chu trình nước
Được cộng đồng chấp nhận (Văn minh, kín đáo, thuận tiện, an toàn)
Tách các dòng vật chất ( Vàng , Nâu , Xám, Xanh )
+ Thu giữ và xử lý các dòng thải + Tiêu diệt mầm bệnh trong chất thải + Tái sử dụng các chất dinh dưỡng, kể cả các nguyên tố vi lượng
+ Tái sử dụng nước thải sau xử lý
Nguyên tắc nhằm đạt các mục tiêu
của vệ sinh sinh thái
Được cộng đồng chấp nhận (Văn minh, kín đáo, thuận tiện, an toàn) !
Tách nước tiểu kh
Tách nước tiểu khỏ ỏi phân
Xử lý nước vàng
Xử lý nước nâu
Xử lý nước xám
Nước mưa (“Nước trắng“ hay ‘’Nước xanh’’)
Tái sử dụng kinh tế và an toàn
Trang 22.1 Sơ đồ A:
Tách riêng chu trình dinh dưỡng và chu trình nước :
Xử lý nước xám
bãi lọc ngầm trồng cây,
Xử lý nước đen
Thu gom, lưu giữ
Phân huỷ kỵ khí
XL nước đen
Toilet(s) Nước xám
Xử lý nước
xám riêng
Hộ gia đình
2.1.1 Xử lý nước đen (các phương pháp đơn giản)
a Hố xí đào
Nguy cơ: Thấm vào đất!!
Các vấn đề tồn tại với xí đào:
Ô nhiễm đất và nước ngầm
Không áp dụng được nơi đông đúc, đất đá, mực
nuớc ngầm cao, nơi hay bị ngập lụt (nguy hiểm
-bị sập)
Tiện nghi thấp: mùi, ruồi, vv.
Xem thêm: Các công trình vệ sinh tại chỗ –
Vệ sinh khô và ướt !
b Hố xí thùng cải tiến
có thông hơi – VIP (ventilated improved pit latrine)
Không cần nước dội
Ngăn được mùi và ruồi muỗi
Chi phí xây dựng thấp,
dễ xây dựng
Khi hố phân đầy: ủ lấy phân và dời hố xí đi chỗ khác
Trang 3Hố xí thùng cải tiến hai ngăn
hai hố nông được sử dụng luân phiên: một ngăn sử dụng, ngăn kia ủ
(Source: P.Morgan)
lớp đất mỏng phủ lên trên ngăn ủ, cho phép trồng cà chua, ớt rất tốt
khi ngăn thứ 2 đầy, lấy phân từ ngăn thứ 1 ra dùng làm phân, cải tạo đất cho vườn hay trang trại
(Source: P.Morgan
Hố xí thùng cải tiến hai ngăn
Vấn đề tồn tại:
(Mùi, ruồi, )
Ô nhiễm đất, nước ngầm
Không tiện lợi khi sử dụng
Không tiện lợi khi tái sử dụng chất dinh dưỡng
VIP thích hợp cho các khu vực :
Thiếu nước
Thu nhập thấp
Đất không thấm, mực nước ngầm thấp
Có diện tích (vườn, )
thành CH 4 và CO 2 nhờ vi sinh vật trong điều kiện không
có O 2
Khí sinh học tạo thành có thể được sử dụng làm nguyên liệu: đốt, thắp sáng, sưởi, phát điện chạy máy,
b Xử lý nước đen bằng phương pháp Kỵ khí
Chất thải từ 1 đến 2 đầu lợn
+ nước dội từ hố xí tạo lượng
khí sinh học đủ cho 1 hộ gia
đình nấu ăn hàng ngày
Bùn có thể được sử dụng làm
phân bón (4-5 lợn, hoặc 3 lợn
+ 1 trâu sinh ra hàng tấn
phân bón mỗi năm) hoặc
nguyên liệu ủ composst
Nước đen đã qua xử lý kỵ
khí:
là nguồn nuôi cá và tưới vườn
?
XLNT từ WC công cộng
XL nước đen
và tạo khí sinh học
Xây dựng
bể phân huỷ kỵ khí
Trang 4Đầu ra: nước đen
đã phân huỷ
đầu vào
bể phân huỷ
kỵ khí
Bể phân huỷ kỵ khí
5 lợn + toiliet của 1 hộ gia
đình -bio-gas
- đầu ra: phân bón
- phần lớn mầm bệnh được loại bỏ
(Tan Lap village, 2004)
biogas
Sử dụng Biogas
dẫn khí bằng ống
PVC-dài tới 100 m
đường ống và van
dẫn khí tới bếp ga
hay đèn ga trong bếp
2.2 Sơ đồ B: Tách chu trình nước và chu trình dinh dưỡng, tách chất rắn và lỏng trong nước đen
XL nước xám:
- bãi lọc ngầm trồng cây
XL pha rắn trong nước đen:
- tách nước – ủ /XL bằng giun đất
Tách rắn/lỏng
Toilet(s) Nước xám
XL nước xám riêng
Hộ gia đình
XL chất rắn
SENEGAL:
lưới tách nước
T.Lohmann sợi cotton
ttăăng cường ng cường
sự bay hơi
Lớp lọc hay túi lọc (làm từ lưới nilon)
(D.R Gajurel) (Otterpohl 2001)
Tách pha rắn – lỏng: Rottebehaelter
Trang 5Túi đầy phân sau 4 - 6 tháng
chất rắn còn lưu lại trong túi
chất lỏng thoát xuống dưới
chất rắn bắt đầu phân huỷ
nước thấm cần tiếp tục được xử
lý, VD như bằng bãi lọc ngầm
trồng cây
Tách pha rắn/lỏng: Rottebehaelter
(D.R Gajurel)
(Aquatron)
Tách nước đen từ Toilet dội nước:
- chất lỏng chảy theo thành phía trong của ``aquatron``
- cần tiếp tục xử lý
- chất rắn rơi qua lỗ ở tâm vào thùng ủ
Tách pha rắn/lỏng: Aquatron
(kết hợp ``hiệu ứng xoáy``, trọng lực và sức căng bề mặt)
(Aquatron)
Độ ẩm < 25%
diệt khuẩn nhanh không mùi không ruồi
Bằng cách:
sấy thông gió thêm chất độn khô
Làm việc tốt nhất với
WC tách nước tiểu
“Tách hết nước”
Tấm đón nắng sơn đen
Hố xí một ngăn
Ngăn ủ được che bằng tấm sơn màu đen
Vài lần một tháng, đống phân và tro dưới toilet được dồn về phía ngăn ủ được sấy nhờ ánh nắng MT
Tách nước bằng sấy khô
nhờ năng lượng mặt trời
(Esrey, 1998)
Khoảng 2 - 6 tháng phần phân khô, không còn mùi phía trước đống ủ được xúc vào bao và lưu giữ ở ngoài cho
đến khi đem đi sử dụng
(Esrey, 1998)
Tách nước bằng sấy khô
nhờ năng lượng mặt trời
Trang 6Ví dụ
Hố xí sấy khô
Mali, West Africa
(GTZ /Otterwasser GmbH)
Công nghệ đơn giản Chi phí thấp
ít yêu cầu bảo dưỡng
Vấn đề:
Giấy toilet không trộn đều được Phân chưa ổn
định (VSV có thể phát triển trở lại khi gặp nước)
Dehydration Example 2
Sấy khô nhờ ánh nắng mặt trời, Mali, West Africa(GTZ / Otterwasser)
XD nổi!
Tấm đen thu nhiệt
Ngăn 2
Quá trình sinh học hiếu khí:
VK, nấm, và các dạng VSV khác phân huỷ các chất hữu cơ
Sản phẩm cuối: mùn
hàm lượng dinh dưỡng tương đối cao và ổn định chất cải tạo đất rất tốt
loại được mầm bệnh, khi tạo được điều kiện thích hợp thời gian lưu phù hợp
Bị ảnh hưởng bởi:
nhiệt độ, dòng không khí, độ ẩm, vv
XL chất rắn từ nước đen - ủ compost phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ Khả năng tiêu diệt mầm bệnh
Quan trọng đối với quá
trình ủ compost
(Feachem et al 1983)
Nhiệt độ càng thấp, thời gian ủ cần thiết càng lâu mới đủ diệt khuẩn!
Chất ủ phải khô vừa phải (không quá khô), vì:
Các VSV hiếu khí tham gia vào quá trình phân hủy
Nếu quá ẩm
Oxy không tiếp xúc được với chất ủ
Điều kiện tối ưu:
độ ẩm 50 - 60 %
Tỷ lệ C:N bằng 25-30:1,
(C:N của phân thường ~ 10:1)
pH 6 - 8
T > 45oC
Điều kiện tiên quyết để ủ compost:
do vậy:
tách nước tiểu là tốt nhất
lưu ý:
Để ủ phân: vật liệu độn (Ví dụ như dăm gỗ) phải được đưa vào để tăng lượng Cacbon, tăng
độ rỗng trong đống ủ giúp không khí xâm nhập,
đồng thời giảm độ ẩm của đống ủ
Trang 7Composting Toiletsvùng nông thôn, ven đô:Hố xí ủ phân Xử lý bằng giun đất
Phân hủy chất hữu cơ tạo mùn nhờ giun đất
Sản phẩm:
đồng nhất, giàu dinh dưỡng, dễ được hấp thụ bởi cây trồng, tăng khả năng giữ nước cho đất
Điều kiện tối ưu:
độ ẩm 70 - 90 % C:N bằng ~25:1 (lưu ý: C:N của phân ~10:1) nhiệt độ: 15 - 25°C
pH 6.5 - 7.5
Xử lý bằng giun đất thành nước nâu và nước vàng 2.3 Sơ đồ C: Tách nước đen :
XL nước vàng lưu giữ lâu bay hơi Toilet(s)
Phân Nước tiểu
XL nước vàng
XL nước nâu
Nước đen
XL nước nâu tách nước ủ
XL bằng giun đất
Tách từ nguồn!
Tách từ nguồn là một nội dung quan trọng của
EcoSan Thu gom riêng biệt phân và nước tiểu tạo điều kiện XL và
sử dụng chúng an toàn (tách nước tiểu có lợi cho hầu hết các quá trình XL chất rắn từ nước đen, như làm khô, cũng như ủ compost và XL bằng giun đất)
2.3.1 Hố xí tách nước tiểu 1 loại hố xí tách nước tiểu ở Trung Quốc
(Esrey)
Hố xí tách nước tiểu truyền thống
ở Trung Quốc:
Nước tiểu được thu gom và chưá
trong âu và được dùng làm phân bón dạng lỏng tưới rau
Phân được lấy hàng ngày và đưa sang đống ủ
Trang 8Hố xí 2 ngăn, có máng tách nước
tiểu
Âu chứa nước tiểu và 2 cửa lấy
phân đã ủ
Lỗ bên ngăn không sử dụng: đậy
bằng hòn gạch và trát kín bằng
đất sét hay vữa
(Esrey)
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Cho đủ lượng tro/đất bột/mùn cưa sau mỗi lần sử dụng
Khi 1 ngăn đầy khoảng 2/3 (3-6 tháng), lấp đầy bằng đất khô
Cách nước và côn trùng trong khi
ủ khô (>6 tháng) bằng cách gắn kín cửa lấy phân bằng đất sét Hơi nước thoát qua ống thông hơi
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Ngăn chứa phân: dung tích đủ để
chứa phân tối thiểu 6 tháng
Đã kể đến 200-300 ml tro sau mỗi
lần đi
~ 0,3m3/ngăn
Khi cần phải tăng dung tích: nên
tăng BxL, không nên tăng H để
tiện sử dụng cho người già, trẻ em
(Esrey)
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Không được để rò rỉ, thấm nước, tuyệt đối tránh côn trùng, gia súc tiếp cận được ngăn chứa phân
Nền và tường phải được xây dựng và trát kín bằng xi măng, không sử dụng đất sét (không đủ an toàn) Cửa lấy phân phải được trát kín
Tường xây gạch, vữa xi măng M75, trong trát vừa M100 + nước xi măng chống thấm
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Khi xây phải chừa cửa thông hơi giữa 2 ngăn
ống thông hơi đặt trên cùng của ngăn
2 ngăn chung 1 ống thông hơi, D>120 mm Vượt quá mài nhà
>0,5 m Cửa thông to hơn ống thông hơi
để dễ thoát hơi và lọt ánh sáng xuống đống ủ
Luồng không khí: chỉ vào ra 1
đường: vào qua lỗ đi và ra qua ống thông hơi
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Hạn chế tối đa nước mưa lọt vào
đống ủ:
Lưới Inox chống ruồi, góc nhọn <30o
Chữ T Nón chụp Chống thấm giữa ống thông hơi và điểm đi qua mái/tường tốt
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
(Hạn chế hiệu ứng thông gió tự nhiên)
Trang 9Bệ tách nước tiểu phải trơn, nhẵn,
không đọng nước Composite!
Lỗ ~ 140 mm Nắp kín!
Phân biệt 2 màu đỏ xanh
để tránh nhầm lẫn
Quét dọn thường xuyên
Vật liệu độn:
Tro củi, tro bếp (pH cao, tốt nhất)
Vôi + mùn cưa (1/9)
Đất bột
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu của Việt Nam
Cần thời gian ủ lâu hơn, > 1 năm !
VLXD phải bền
Rẻ mới được chấp nhận
Thuận tiện Gần nhà!
Có nước rửa + xà phòng!
Thẩm mỹ!
Lỗ đi phân trên mỗi ngăn phễu thu nước tiểu máng dẫn phân ngăn làm khô - bay hơi trồng cây
thông hơi có lưới chắn côn trùng
(Esrey 1998)
lưới chống côn trùng Kiểm tra độ kín
vách!
ưu điểm
XL được chất rắn từ nước đen
Nước vàng được XL đơn giản bằng cách lưu giữ
Nước vàng nhiều dinh dưỡg,ít mầm bệnh
Nếu toilet được XS tại chỗ bằng vật liệu địa phương, sẽ không
đắt, và tạo công ăn việc làm
nhược điểm
Người sử dụng chưa được hướng dẫn có thể làm sai (cần hiểu
các nguyên tắc cơ bản và được khuyến khích)
Đàn ông cần ngồi khi đi tiểu(ít phổ biến) Nên có thêm âu
tiểu nam!
Có thể mâu thuẫn với quan niệm truyền thống về đi vệ sinh
(một số nơi có tập quán sử dụng nước rửa hậu môn)
Example for separating toilet
Hố xí 2 ngăn tách nước tiểu
Nhà tiêu tách nước tiểu với bệ xí xổm chế tạo sẵn của Trung quốc
Trang 10Có thể sử dụng nước tiểu trong nông nghiệp làm
phân bón sau khi xử lý đơn giản (lưu giữ là đủ đạt yêu
cầu!)
Kết quả thí nghiệm với các pH khác nhau trên nước tiểu lẫn 14 loại dược phẩm khác nhau (trên đồ thị chỉ nêu các dược phẩm bị phân huỷ!):
Strompen et al 2003
pH 2
%
T/gian lưu giữ [tháng] →
Nồng độ 9 loại dược phẩm giảm
rõ rệt!
2.4 Xử lý nước xám tách riêng
Bãi lọc ngầm trồng cây !
Các loại bãi lọc trồng cây XLNT
1 Thực vật nhô lên mặt nước
2 Thực vật nổi
3 Thực vật nổi, rễ bám đất
4 Thực vật nổi và nhô lên mặt nước
5 Thực vật chìm trong nước
1 Dòng cha’y ngang
2 Dòng cha’y đứng
Trang 11Các nguyên lý cơ bản trong CW
• Lắng, lọc, hấp phụ SS, P, KLN và chất hữu
cơ đã bị hấp phụ
• Màng VSV trong vùng rễ, lớp lọc: Phân huỷ
dị dưỡng các chất hữu cơ
• Trong vùng hiếu khí: phân huỷ sinh học chất
hữu cơ, Nitrat hoá, kết tủa hydroxit kim loại,
hấp phụ KLN lên các kết tủa hydroxit sắt &
mangan
• Trong vùng kỵ khí: khử Nitrat, kết tủa + lắng
muối sunphit với các KL
• Diệt trùng: lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ,
nhiệt độ, pH, …,
• Thực vật: tạo vùng rễ, lỗ xốp, vận chuyển oxy,
hấp thụ chất dinh dưỡng, KLN, …
Thí nghiệm của CEETIA
Giai đoạn 1
Giai đoạn 2, 3
Hiệu quả xử lý, theo COD
Hiệu suất xử lý theo COD, giai đoạn 1, 2, 3
0 50 100 200 250 350 450
In, s tage 1 A1 A2 A3 B1 B2 B3
In, s tag - A 1 B2 - A2 - A3
In, s tag - A1 - A2 - A3
Cells/Lines
0 50 100 200 250 350 450
Average Max Min
Sơ đồ nối tiếp cho phép đạt hiệu quả xử lý theo COD tăng rõ rệt Chất lượng nước đầu
ra theo chỉ tiêu COD đã đạt các chỉ tiêu loại
A, TCVN 5945 1995
Hiệu quả xử lý theo SS
Sơ đồ nối tiếp cho phép đạt hiệu quả xử lý
theo SS tăng rõ rệt Chất lượng nước đầu ra
theo chỉ tiêu SS đạt các chỉ tiêu loại A,
TCVN 5945 1995 và mức 1, 6772-2000
Hiệu suất xử lý theo SS, giai đoạn 1, 2, 3
0
50
100
150
200
300
350
400
500
In, s
tage
1 A1 A2 A3 B1 B2 B3
In, s
tage 2 B1- A 1 B2 - A2 - A3
In, s
tage 3 B1 - A1 - A2 - A3 Cells/Lines
0 50 100 150 200 300 350 400 500
Average Max Min
Hiệu quả xử lý theo Nitơ
TN Removal
0 10 30 50 70 90 100
NH4-N removal, B - A in series
0 10 20 30 40 50 60
In A1→B1 A2→B2 A3→B3 Samples
0 10 20 30 40 50 60
Mean max min Stdev
Nitơ hữu cơ (đạm, Urê, )
hấp thụ bởi vi sinh vật + bay hơi + oxy hoá
sinh hoá thành Nitrit và Nitrat + oxy hoá kỵ khí bởi Nitrit (quá trình Anamox) bởi vi sinh vật + (các quá trình khác)
=
Trang 12Hiệu quả xử lý theo Phốt pho
TP Removal
0
10
30
50
70
90
100
Hiệu suất xử lý theo Phốtpho tổng ở giai đoạn 1, 2
0.0 2.0 6.0 10.0 12.0 16.0
0.0 2.0 6.0 10.0 12.0 16.0
Trung bình Max Min
Sơ đồ nối tiếp cho phép đạt hiệu quả xử lý theo TP tăng rõ rệt
Chất lượng nước đầu ra theo chỉ tiêu TP đạt các chỉ tiêu loại A,
TCVN 5945 1995
Hiệu quả xử lí theo vi sinh vật
Fecal Coliform Removal
80.0 84.0 88.0 92.0 96.0 100.0
Hiệu suất loại bỏ Faecal Coli, log 10, các bể chạy song song
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
A1 A2 A3 B1 B2 B3 Các bể
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Trung bình Max Min
Hiệu suất loại bỏ Coli-forms, log 10, sơ đồ nối tiếp B - A
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
B1 - A1 B2 - A2 B3 - A3 Dãy bể
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Trung bình Max Min
Lỹbeck-Flintenbreite www.otterwasser.de
Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thằng đứng
xử lý nước xám Các ví dụ khác về công nghệ xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây
Nước mưa ít bị ô nhiễm
Có thể được thu gom trong các thùng chứa và sử
dụng trong sinh hoạt (tưới, rửa, ).
Sau xử lý như đun sôi, có thể dùng để nấu nướng,
ăn uống.
Nếu dùng để tưới, có thể làm xói mòn đất, nên
dùng rãnh thấm
Bổ cập nguồn nước ngầm!
Xử lý nước mưa (nước trắng)
Cát lọc
Lớp đất trên
Đất nguyên thổ
Thời gian lưu tối đa Rãnh thấm nước mưa
Trang 13Thoát nước mưa bền vững
Vận chuyển
Nguồn tiếp nhận
Xả
Vận chuyển Vận chuyển Ngăn ngừa Kiểm soát
vùng
Kiểm soát Kiểm soát
Sơ đồ tổ chức thoát nước mưa bền vững
runoff
(m 3 /s)
time (hr)
Urban runoff
Natural runoff
Storage Runoff
runoff
(m 3 /s)
time (hr)
Inflow
Outflow
Có thể đạt được những mục tiêu của EcoSan bằng những phương pháp đơn giản (bên cạnh những phương pháp công nghệ cao và đắt tiền khác)
Đối với hầu hết các phương pháp, chăm sóc, bảo
Nhận xét
2.1 Sơ đồ A:
Tách riêng chu trình dinh dưỡng và chu trình nước :
Xử lý nước xám
bãi lọc ngầm trồng cây,
Xử lý nước đen
Thu gom, lưu giữ
Phân huỷ kỵ khí
XL nước đen
Toilet(s) Nước xám
Xử lý nước
xám riêng
Hộ gia đình
2.2 Sơ đồ B: Tách chu trình nước và chu trình dinh dưỡng, tách chất rắn và lỏng trong nước đen
XL nước xám:
- bãi lọc ngầm trồng cây
XL pha rắn trong nước đen:
- tách nước – ủ /XL bằng giun đất
Tách rắn/lỏng
Toilet(s) Nước xám
XL nước xám riêng
Hộ gia đình
XL chất rắn
2.3 Sơ đồ C: Tách nước đen thành nước nâu và nước vàng :
XL nước vàng lưu giữ lâu bay hơi Toilet(s)
Phân Nước tiểu
XL nước vàng
XL nước nâu
Nước đen
XL nước nâu tách nước ủ
XL bằng giun đất
Tách từ nguồn!