Bài giảng Các phương pháp xử lý sinh học tự nhiên: Cánh đồng tưới – Bãi lọc sinh học và hồ sinh học

Bài giảng Các phương pháp xử lý sinh học tự nhiên: Cánh đồng tưới – Bãi lọc sinh học và hồ sinh học với các nội dung khái quát xử lý sinh học tự nhiên, các phương pháp xử lý sinh học tự nhiên, cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc trong xử lý nước thải.

Phần I

:

Nội dung trình bày :

Phần I : Khái quát về phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

Phần II : Một vài phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

1. Cánh đồng tưới và bãi lọc sinh học

Phần III : Vi Sinh Vật trong xử lý nước thải

1. Các Vi Sinh Vật ảnh hưởng quá trình tự làm sạch

2. Các Vi Sinh Vật khác trong quá trình xử lý nước thải

 Tài liệu tham khảo

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Cánh đồng tưới

và bãi lọc sinh học Hồ sinh học

Hồ hiếu khí Hồ kị -hiếu khí Hồ kị khí

Vi Sinh Vật Hợp Chất Hữu Cơ

Phần II

:

1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (đã loại bỏ các chất độc hại) ,chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng N:P:K =5:1:2 rất thích hợp làm phân bón cho thực vật.

Nước thải

Xử lí nước thải theo điều kiện tự nhiên

Làm phân bón Cánh đồng tưới công cộng

và bãi lọc

1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

( Đá nghiền nhỏ / sỏi)

( Ống dẫn nước

có đục lỗ)

( buồng phân bố) (hố phân tự hoại)

1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Sơ đồ cánh đồng tưới

1 Mương chính và màng phân phối; 2 Máng, rãnh phân phối trong

các ô; 3 Mương tiêu nước; 4 Ống tiêu nước; 5 Đường đi

 Phải xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, thời vụ, loại đất và giai đoạn sinh trưởng mà sử dụng nước thải để tưới

 Kích thước các ô tưới cũng >= 3 ha, nếu ô hình chữ nhật thì bố trí tỉ

lệ chiều rộng/chiều dài khoảng 1: 4 đến 1: 8, chiều dài của ô khoảng

300 - 1.500 m để thuận lợi cho việc cơ giới hóa

 Độ dốc khu tưới chọn khoảng 0,02 và khu tưới nên để xa khu dân cư theo bảng sau:

 Dựa vào tốc độ mà chia 3 hình thức xử lý nước thải qua đất (cánh đông lọc,tưới) là:

 lọc chậm (slow rate)

 tính mức tải thủy lực dựa vào tính thấm của đất

 tính mức tải thủy lực dựa vào nhu cầu tưới

 tính mức tải thủy lực dựa vào mức giới hạn Nitrogen

 thấm nhanh (rapid infiltration)

 chảy tràn mặt (overland flow).

Tùy theo hiện trạng của đất (loại đất, hướng dốc, độ dốc, tầng nước ngầm, mục tiêu sử dụng đất, ) người ta có thể một phương thức xử lý hoặc kết hợp nhiều phương thức khác nhau.

Hình 4.12: Xử lý nước thải bằng cách lọc chậm qua đất

Hình 4.13: Xử lý bằng cách cho thấm nhanh qua đất

Hình 4.14: Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt Trong 3 phương cách làm sạch nước thải qua đất nói trên, cách thức cho tưới chảy tràn mặt cho hiệu quả cao hơn, xem bảng 4.6.

Ngoài ra, một số nơi còn áp dụng việc xử lý nước thải qua các vùng đất ngập nước (wetland application), độ sâu ngập trong khoảng 0,1 - 1,8 m, hoặc dùng nước thải xả vào các vùng trũng thấp để nuôi trồng các thực

vật thủy sinh nổi (floating aquatic plant) như hình 4.16

Hình 4.17 : Bên dưới là một kiểu kênh lọc bằng thực vật Bằng cách

cho nước thải qua các ống PVC có đục lỗ hoặc cưa chéo dẫn vào các đoạn kênh đổ đất cát sỏi,đáy kênh được trải các tấm nylon, trong lòng kênh các loại cỏ có thể hấp thu các độc chất trong nước thải như cỏ

đuôi mèo (cattail), nước thải sau khi được xử lý qua thực vật có thể thu

hồi bằng một ống PVC có đục lỗ ở đáy bên kia của kênh lọc.

Khu đất chỉ dùng xử lý hoặc chứa nước thải thì gọi là bãi lọc.

Bãi lọc trồng cây

 Bãi lọc trồng cây gần đây đã được biết

đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ mới, xử lí nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp và

ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi.

 Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên,

thường là nơi tiếp nhận nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và chúng chỉ làm nhiệm vụ xử

lý bậc cao hơn, bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ thống các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử

lý bậc hai.

Đặc điểm chung của bãi lọc

mặt trời)

 Yêu cầu diện tích lớn hơn so với HT

thông thường

 Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa

phương

 Chịu được thay đổi tải trọng

 Có giá trị thẩm mỹ và sinh học

thải,nước xám, NTCN hay nước

Có 2 loại bãi lọc được dùng:

FSW

Bãi lọc trồng cây ngập nước

SSF

Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm

SSF dòng chảy ngang SSF dòng chảy thẳng đứng

• Rủi ro về mặt VS thấp

• Phải làm sạch ống phân phối thường xuyên

• Có thể cần sử dụng bơm.

Lựa chọn loại bãi lọc :

 Nên chọn SSF khi diện tích dất hạn chế

 Để xử lý nước xám, nên dùng SSF ,lượng bốc hơi ít hơn

 Khi yêu cầu mức độ xử lí cao,nên chọn hệ thống kết hợp (với dòng chảy thẳng đứng)

 Để xử lí bậc 3 ,nên chọn FWS – rủi ro từ muỗi hạn chế việc áp dụng chúng cho XL bậc 2 ở khu vực đô thị cần tiếp tục NC

SSF dòng chảy ngang

và SSF dòng chảy thẳng đứng:

 Cả 2 loại bỏ được BOD &TSS

 SSF dòng chảy ngang có lượng oxy hòa tan thấp nên

không nitrat hóa được NT sau xử lý bậc 2

 SSF dòng chảy thẳng đứng : hiếu khí ,thích hợp cho

nitrat hóa

 Loại bỏ P phụ thuộc vào thành phần hóa học và kích

thước hạt dùng làm vật liệu trong bãi lọc

 CW được thiết kế theo mức độ phản ứng trong mô hình dòng chày chảy đẩy

 Chú ý : không xảy ra chế độ dòng chảy đẩy tối ưu trong

CW Đây là sự đơn giản hóa để thiết kế.

Mô hình ứng dụng Constructed Wetland Dòng chảy ngang Dòng chảy đứng

Cấu trúc SSF CW dòng chảy trong điển hình: sử dụng một cỡ hạt hay

cấp phối ;dòng vào không liên tục giúp cho phân phối đều nước

Cấu trúc SSF CW dòng chảy ngang điển hình

Nguyên tắc thiết kế bãi lọc trồng cây ngập nước (FSW)

 Mực nước nông (0.5 m ) để oxy xâm nhập vào nước

 Chất rắn lắng được trong cả cùng nước sâu đầu bãi hay

nơi cây mọc

 Các vùng nước sâu lặp lại (> 1m ) bố trí vuông góc với

dòng chảy để phân bổ lại dòng

 Thường nông, trồng thực vật nhô lên mặt nước trước

đầu ra.

Nguyên tắc xây dựng bãi lọc trồng cây ngập nước (FSW):

dưỡng, SSF dòng chảy ngang :

 Tiếp cận tới bể tự hoại hay bể lắng 2

vỏ dễ dàng lấy bùn

trồng lại

nước trong bãi lọc – ban đầu giữ

nước ngập để trồng cây và ngăn cỏ

dại mọc

để dễ làm sạch

Các hằng số diện tích bậc 1 cho bãi lọc trồng cây ngập nước trên thế giới :

Nguyên tắc thiết kế bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm (FSW)

 Dễ tiếp cận tới đầu vào để lấy bùn

khi cần

 Thiết kế hình dạng sao cho dễ thu

hoạch cây

nước từ ô khi thu hoạch

 Trồng các loại cây dự kiến từ đầu

2 Cánh đồng tưới nông nghiệp :

 Chủ yếu phục vụ cho nông nghiệp, sử dụng nước thải làm phân bón để tưới các cánh đồng nông nghiệp.

Dực theo chế độ nước tưới phân thành 2 loại:

- Thu nhận nước thải quanh năm

- Thu nước thải theo mùa

 Nguyên tắc hoạt động : - lợi dụng nước thải có sẵn sau khi thu hoạch hay sau mùa mưa rồi giữ trữ nước thải trong các

đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa,…) hoặc xả ra các cánh đồng ,các vùng dự trữ.

 Nguyên tắc xây dựng : - tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có mà lựa chọn loại cánh đồng thích hợp.

2 Cánh đồng tưới nông nghiệp :

Song chắn rác Bể lắng cát

XỬ LÍ SƠ BỘ

Lưu ý: Trường hợp lưu lượng nước thải nhỏ hơn 5.000 m 3 /ngày nhưng lượng BOD5 cao thì vẫn nên sử dụng bể mêtaten.

Cấu tạo chung:

 Hồ sinh vật là các ao hồ

có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi

là hồ oxy hóa, hồ ổn

định nước thải,… Trong

hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác.

Nguyên tắc hoạt động chung của Hồ Sinh Học:

quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sựphân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh

 Hồ sinh học dùng xử lý nước thải

bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá

trình làm sạch của hồ

dùng để :

+ Nuôi trồng thuỷ sản

+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng

+ Điều hoà dòng chảy

 Đặc điểm

o Khoảng cách vệ sinh (cách XN thực phẩm): 1.5-2 km

o Chiều sâu: h = 2.4-3.6.m (có thể =9.1m)

 thời gian lưu nước từ 2-5 ngày.(tối ưu là 5 ngày)

 S << S hồ hiếu khí (chỉ khoảng 10-20% S hồ hiếu khí)

 Nhiệt độ tối ưu: 30-35oC

 Nguyên tắc xây dựng: chủ yếu là theo kinh nghiệm

o S > 0.5 ha: bổ sung thêm

o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt

 Độ sâu từ 0,7-1,8 m

 Thời gian lưu nước khoảng 5 đến 30 ngày ; phụ thuộc vào hiệu suất xử lý (bao gồm nồng độ chất ô nhiễm đầu vào và đầu ra).

 Nhiệt độ tối ưu: >15 o C

 Tải lượng BOD : 100-150 kg /ha/ngày.Có thể xử lý được 50-60% BOD.

 Ưu điểm : chi phí vận hành = 0

 Nhược điểm:

 Đòi hỏi S lớn

 Nếu nước thải có hàm lượng

ô nhiễm quá cao thì hiệu quả xử lý không triệt để, khó

kiểm soát được mùi.

(Facultative pond)

􀀹 Trong hồ xảy ra 2 quá trình song

9/ Thời gian lưu nước

10/ Tải lượng BOD5

Oxy hoá các chất HC nhờ VSV hiếu khí.

Hồ làm thoáng tự nhiên Hồ làm thoáng nhân tạo

Hồ hiếu khí tự nhiên (Aerobic pond) : cấp oxy chủ yếu do

khuyếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật.

􀀹 Chiều sâu của hồ: 30-50 cm.

􀀹 Diện tích đất rất lớn, chi phí vận hành gần như =0.

􀀹 Tải trọng BOD: 250-300 kg/ha.ngày

(với Shồ =1ha)

􀀹 thời gian lưu nước: 3-12 ngày.

􀀹 Diện tích hồ lớn.

và thoát ra theo đường chéo

của hồ sẽ tăng hiệu suất xử lý

 Hồ làm thoáng nhân tạo: (hay còn gọi là hồ sục khí…) cung cấp oxy

bằng khí nén, máy khuấy, …thúc đẩy

quá trình phân hủy hiếu khí của các

vi sinh vật hiếu khí Tăng hiệu xuất

xử lý và rút ngắn thời gian xử lý

􀀹 Chiều sâu: h = 2-4.5 m

􀀹 Tải trọng BOD:

400 kg/ha.ngày

􀀹 Thời gian lưu: 1-3 ngày

􀀹 Tuy nhiên hoạt động như

hồ kỵ hiếu khí

DEEP MOOR , ENGLAND COMPTON BASSETT, ENGLAND

Hồ Sinh Học Hiếu Khí