TỔ NG QUAN
T ổ ng quan v ề khu v ự c nghiên c ứ u
Phú Minh là một xã thuộc huyện Sóc Sơn, TP Hà Nội, với diện tích tự nhiên 479,53 ha và dân số khoảng 5.106 người Xã có hệ thống giao thông thuận lợi và dân trí cao, với truyền thống cần cù, hiếu học và sáng tạo trong sản xuất kinh doanh Hệ thống chính trị tại đây vững mạnh, với đội ngũ cán bộ được chuẩn hóa.
Hệ thống sông ngòi, hồđầm trong khu vực có 1 con sông chính là sông Cà Lồ và một số ao hồ, trong khu vực
Sông Cà Lồ, dài khoảng 75,5 km và có diện tích lưu vực 694 km², chảy qua nhiều địa bàn như Hương Canh, Phúc Yên, Mê Linh và Sóc Sơn Tại xã Phú Minh, sông Cà Lồ đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, với hiện tượng cá chết, nước sông có màu nâu đen và mùi hôi Sự gia tăng dân số và quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa đã làm suy giảm chất lượng môi trường, đặc biệt là nước thải, mà hiện tại chỉ được xử lý sơ bộ bằng các biện pháp vật lý Việc này dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường đất, nước ngầm và sông, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đáng lưu ý, xã Phú Minh hiện chưa có trạm xử lý nước thải nào, góp phần vào tình trạng ô nhiễm nguồn nước, trong khi khu vực nông thôn vẫn có nhiều ao hồ phục vụ tưới tiêu và điều hòa nước.
Hình 1.1 Bản đồ ranh giới xã Phú Minh 1.1.1 Điều kiện tự nhiên
Phú Minh thu ộc phía Nam của huyện Sóc Sơn, TP Hà Nội, cách thành phố Hà Nội
30 km về phía Tây Bắc
- Phía Đông giáp xã Phủ Lỗ huyện Sóc Sơn
- Phía Tây giáp xã Phú Cường huyện Sóc Sơn
- phía Bắc giáp với Sân bay Quốc tế Nội Bài
- phía Nam giáp với xã Nguyên Khê huyện Đông Anh
1.1.1.2 Thời tiết – Khí hậu Điều kiện khí hậu của địa phương với đặc trưng của kiểu khí hậu điển hình của miền bắc Việt Nam – nhiệt đới gió mùa với 4 mùa rõ rệt là Xuân, Hạ, Thu, Đông với 2 hướng gió chủđạo là Đông Bắc vào mùa đông và Đông Nam vào mùa hạ a Nhiệt độ
Nhiệt độ trung bình năm trong vùng đạt 23,5°C, với mức thấp nhất từ 16°C đến 20°C trong khoảng thời gian từ tháng 12 đến tháng 2, có thể xuống đến 5°C Mùa hè từ tháng 5 đến tháng 9, nhiệt độ trung bình tháng dao động từ 27°C đến 30°C Độ ẩm trung bình năm là 83%, với độ ẩm cao nhất vào mùa xuân, đạt 85%-87% Vào mùa thu và mùa đông, độ ẩm giảm xuống dưới 80% Chu kỳ ẩm hàng năm có đỉnh cao vào tháng 3 hoặc 4 và thấp nhất vào tháng 11 hoặc 12.
Trong các tháng từtháng 4 đến tháng 10 lượng mưa trung bình đạt 215,8mm, từ tháng
11 đến tháng 3 năm sau đạt 30,5mm d Nắng
Tổng số giờ nắng trung bình hàng năm đạt 1700 giờ, với tháng 7 có số giờ nắng cao nhất lên tới 210 giờ/tháng Ngược lại, các tháng 2 và 3 có lượng nắng ít, chỉ đạt khoảng 30-40 giờ/tháng.
Hướng gió và tính chất gió thay đổi theo mùa, với gió đông nam mát và ẩm vào mùa hè, trong khi mùa đông có gió đông bắc lạnh và khô Tốc độ gió trung bình dao động từ 1,5-2,5 m/s trong các tháng từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau, và tăng lên từ 2-3 m/s trong khoảng thời gian từ tháng 3 đến tháng 9.
Hiện tại, chưa có số liệu thống kê về nguồn nước ngầm, nhưng nhiều khu dân cư vẫn sử dụng nước giếng cho sinh hoạt Các giếng thường được đào sâu từ 8 đến 12m, tùy thuộc vào từng khu vực, bên cạnh việc kết hợp với nước máy trong khu vực.
1.1.2 Điều kiện kinh tế - văn hóa xã hội
Giai đoạn 2011-2015, tốc độ tăng trưởng kinh tế đạt 15,8%/năm, với giá trị tổng sản xuất từ 356.737.000.000 đồng năm 2011 tăng lên 995.167.000.000 đồng năm 2015 Cơ cấu kinh tế duy trì sự ổn định, trong đó thương mại, dịch vụ và xây dựng chiếm tỷ trọng chủ yếu.
Thương mại và dịch vụ đóng góp 60% vào nền kinh tế, với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ ngân hàng, y tế, nhà hàng và khách sạn Chất lượng dịch vụ ngày càng được nâng cao, hình thành một số dịch vụ chất lượng cao tại các trục đường chính Đặc biệt, 100% hộ gia đình đã mua điện trực tiếp từ ngành điện.
Việc thực hiện cân đối thu chi ngân sách đã đáp ứng nhu cầu chi thường xuyên và tích lũy một phần cho đầu tư cơ sở hạ tầng Số thu ngân sách hàng năm đều vượt chỉ tiêu kế hoạch, với thu ngân sách năm 2011 đạt 6.800.000.000 đồng và tăng lên 14.242.000.000 đồng vào năm 2015 Công tác thu, chi ngân sách được thực hiện đúng quy định pháp luật, đảm bảo thu đúng, thu đủ và khai thác hiệu quả nguồn thu tại địa bàn.
Trên địa bàn không có tôn giáo chính thức, người dân ở đây duy trì văn hóa truyền thống của làng quê Bắc Bộ với văn hóa đình - chùa
Cơ sở vật chất phục vụ sinh hoạt văn hóa cộng đồng dân cư được chú trọng, với tất cả các thôn đều có dịch vụ truyền thông văn hóa như điện thoại, phát thanh và truyền hình.
1.1.3 H ệ thống cấp thoát nước và vệ sinh môi trường
1.1.3.1 Hệ thống thoát nước thải
Nước thải sinh hoạt tại xã Phú Minh, Huyện Sóc Sơn, phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm hộ gia đình, trường học, nhà hàng, quán ăn, cơ quan nhà nước, cơ sở kinh doanh tư nhân và khu vực chợ Trong đó, lưu lượng nước thải lớn nhất đến từ các hộ gia đình, gây áp lực lên môi trường địa phương.
Với sự phát triển nhanh chóng của xã Phú Minh trong bối cảnh hội nhập, áp lực lên môi trường ngày càng gia tăng do dân số tăng và nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao Điều này dẫn đến lượng nước thải sinh hoạt tăng lên, trong khi chưa có nhà máy xử lý nước thải nào được xây dựng, khiến cho việc xử lý nước thải chưa đạt yêu cầu Để hiểu rõ hơn về các con đường xả thải mà người dân sử dụng, tác giả đã tiến hành khảo sát và phỏng vấn 50 hộ gia đình, kết quả được thể hiện trong các hình ảnh từ Hình 1.2 đến 1.5.
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình xả thải của các hộ gia đình (q 1 )
Hình 1.3 Sơ đồ quy trình xả thải của các hộ gia đình (q 2 )
Hình 1.4 Sơ đồ quy trình xả thải của các hộ gia đình (q 3 )
Nước sử dụng (vệ sinh nhà bếp tắm giặt)
Vườ n c ủa gia đình (môi trường đấ t)
Hình 1.5 Sơ đồ quy trình xả thải của các hộ gia đình (q 4 )
Trong 50 hộgia đình được phỏng vấn có 2 hộgia đình xả thải theo quy trình q 1 chiếm 4
Trong một nghiên cứu về quản lý nước thải, có 7 hộ gia đình xả thải theo quy trình 2, chiếm 14%; 20 hộ gia đình theo quy trình 3, chiếm 40%; và 21 hộ gia đình theo quy trình 4, chiếm 42% Kết quả cho thấy chỉ có nước thải từ nhà vệ sinh được xử lý sơ bộ qua bể phốt, trong khi nước thải từ nhà bếp và khu tắm giặt thường được thải trực tiếp ra vườn hoặc mương tự thấm mà không có biện pháp xử lý hiệu quả Một số hộ gia đình chỉ sử dụng chắn rác để ngăn chặn các loại rác lớn như cơm, rau, hoặc xả vào hệ thống thoát nước của xã, nhưng lượng nước thải sinh hoạt hàng ngày vẫn rất lớn và chưa rõ khả năng xử lý Tình trạng này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Vấn đề thu gom và xử lý nước thải tại xã Phú Minh đang gây ra thách thức lớn cho môi trường và sức khoẻ cộng đồng.
Các phương pháp xử lý nướ c th ả i ph ổ bi ế n
Nước thải sinh hoạt có tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người, do đó việc xử lý nước thải hiệu quả là cần thiết để bảo vệ môi trường và cuộc sống của chúng ta Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải phổ biến được áp dụng.
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa vào hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh Phương pháp này sử dụng khả năng phân hủy của vi sinh vật để xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải, nhằm cải thiện chất lượng nước trước khi thải ra môi trường.
Hình 1.6 Sơ đồ XLNT theo phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên
Sân phơi cát Nước thải vào
Máy nghiền rác Bể metan
Các công trình XLNT trong đất
Hình 1.7 Sơ đồ XLNT theo phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo
Phương pháp xử lý cơ học là quá trình loại bỏ các tạp chất không hòa tan trong nước thải thông qua các kỹ thuật như gạn, lọc và lắng.
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống các công trình XLNT bằng phương pháp cơ học.
Chắn rác Lắng trọng lực Lọc
Lắng cát Lắng cặn Lọc màng Lọc cơ học Lọc tách nước
Lọc nhanh Lọc chậm Lọc áo
Lắng qua tầng cặn lơ lững
Lắng trọng lực truyền thống kết hợp tách dầu, mỡ
Lọc băng chuyền Ép lọc
Làm khô bùn bằng PP cơ học Bùn dư
Bể lắng đợt hai Máng trộn
Sân phơi Nước thải vào cát
Các công trình XLNT theo nguyên lý
Bể nén bùn Bùn hoạt tính tuần hoàn
Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị cho xử lý sinh học, giúp tách khoảng 60% tạp chất không tan khỏi nước thải, nhưng không làm giảm BOD Để nâng cao hiệu quả xử lý, việc làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng có thể tăng hiệu suất lên 75% và giảm BOD từ 10-15% Trong những trường hợp vệ sinh cho phép và mức độ làm sạch không cao, xử lý cơ học đóng vai trò quan trọng tại các trạm xử lý.
Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý:
Hình 1.9 Hệ thống XLNT bằng phương pháp hoá học và hoá lý
Xửlý nước thải bằng phương pháp hoá học: Đó là các quá trình khử trùng nước thải bằng hoá chất (các chất clo, ôzôn), khửNitơ,
Phốtpho được xử lý bằng các hợp chất hoá học hoặc phương pháp keo tụ để làm sạch nước thải trước khi tái sử dụng Phương pháp xử lý nước thải bằng hóa chất thường là bước cuối cùng trong quy trình xử lý, nhằm đảm bảo chất lượng cao trước khi xả ra nguồn nước hoặc khi cần tái sử dụng nước thải.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý:
Keo tụvà đông tụ Ôxy hoá và/ hoặc
Trao đổi ion Ô xy hoá khử hoá học
Làm thoáng (thổi khí) Điện hoá Ôzon hoá Ôxy hoá UV (quang hoá) Than hoạt tính Nhôm hoạt tính Trao đổi cation Trao đổi anion
XLNT bằng phương pháp hoá học và hoá lý
Trung hòa và khử độc là quá trình chuyển đổi các chất khó xử lý thành dễ xử lý, sử dụng hóa chất như keo tụ và trợ keo tụ để nâng cao khả năng tách biệt tạp chất không tan, keo và giảm bớt chất hòa tan trong nước thải Quá trình này cũng bao gồm việc chuyển hóa các chất tan thành không tan để lắng cặn hoặc tách ra thành các chất không độc hại, đồng thời điều chỉnh phản ứng pH của nước thải và khử màu nước thải hiệu quả.
Phương pháp hóa học và hóa lý là các kỹ thuật phổ biến trong xử lý nước thải công nghiệp Chúng có thể được áp dụng như một bước xử lý cuối cùng, giúp nước thải đạt tiêu chuẩn tái sử dụng, hoặc như một bước xử lý sơ bộ để loại bỏ các chất độc hại và cải thiện điều kiện cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo Các phương pháp này cũng giúp ổn định pH và chuyển hóa các chất độc hại khó xử lý thành dạng dễ xử lý hơn, từ đó nâng cao hiệu quả lắng đọng và keo tụ.
M ộ t s ố phương pháp sinh h ọc trong điề u ki ệ n t ự nhiên
Hồ sinh học và bãi lọc trồng cây là hai phương pháp sinh học phổ biến trong điều kiện tự nhiên Việc lựa chọn loại hồ phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể và nguồn thải đặc trưng.
Hồ là khối nước nội địa có kích thước từ nhỏ đến lớn, với bề mặt tiếp xúc với không khí Chúng thường lấp đầy những khu vực sụt lún dưới vùng bão hòa, bao quanh bởi đất và đá Hồ là phương pháp lâu đời để xử lý nước thải bằng cách sử dụng quy trình sinh học, giúp phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ trong nguồn thải thứ cấp.
Hồ sinh học có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp xử lý khác, tạo ra sự cộng sinh giữa nấm và tảo để ổn định dòng nước và giảm thiểu vi sinh vật gây bệnh Quá trình xử lý chất thải hữu cơ trong hồ sinh học tương tự như cơ chế tự làm sạch ở các sông hồ tự nhiên, trong đó vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu.
Hồ sinh học được chia thành hai loại chính: hồ làm thoáng nhân tạo (hồ tự nhiên) và hồ ổn định nước thải, bao gồm các loại kỵ khí, tùy tiện và hiếu khí.
1.3.1.1 Hồ tự nhiên, hồ nhân tạo
Hồ được hình thành từ quá trình kiến tạo bề mặt trái đất và sự hình thành của các đại dương, sông ngòi, cùng với những hồ tự nhiên phân bố khắp nơi trên hành tinh.
Hồ nhân tạo là kết quả của các hoạt động do con người thực hiện với nhiều mục đích khác nhau, như đào đắp đất hoặc khai thác khoáng sản Những hố sâu rộng này, theo thời gian, sẽ tích tụ nước mưa và hình thành nên hồ, tạo ra môi trường sống phong phú cho các loài động thực vật thủy sinh.
1.3.1.2 Hồ ổn định nước thải a Hồ hiếu khí
Hồ hiếu khí là nơi mà các chất ô nhiễm được oxy hóa nhờ vào vi sinh vật hiếu khí Có hai loại hồ hiếu khí khác nhau, được phân loại dựa trên phương thức cấp khí.
Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên
Oxy trong nước chủ yếu được cung cấp qua quá trình khuếch tán không khí và quang hợp của các thủy thực vật như rong, tảo, sậy, thủy trúc và bèo tây Để đảm bảo ánh sáng có thể xuyên qua, độ sâu của hồ cần phải nhỏ hơn 30-40 cm.
Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo
Quá trình sinh hóa trong hồ được cung cấp ôxy chủ yếu thông qua các thiết bị bơm khí hoặc khuấy cơ học, cho phép hồ có chiều sâu từ 2 đến 4,5m nhờ vào nguồn khí nhân tạo.
Các loại hồ có thể được thiết kế với một hoặc nhiều bậc, trong đó chiều sâu của các bậc phía sau thường lớn hơn các bậc phía trước Tùy thuộc vào công suất, có thể xây dựng nhiều hồ khác nhau Bên cạnh đó, hồ kỵ khí cũng là một loại hồ quan trọng trong hệ thống này.
Hồ sinh học kỵ khí được sử dụng để lắng và phân huỷ cặn lắng nhờ vào hoạt động của vi sinh vật yếm khí, thường được áp dụng trong xử lý nước thải công nghiệp có mức độ ô nhiễm cao Độ sâu của hồ thường dao động từ 2 đến 5 mét Một trong những nhược điểm lớn nhất của hồ sinh học kỵ khí là sự xuất hiện mùi hôi, chủ yếu do hydrô sunfua Tuy nhiên, việc duy trì pH cao trong hồ có thể giúp giảm thiểu mức độ bốc mùi hôi thối.
Hồ tùy tiện, hay còn gọi là hồ hiếu – kỵ khí, là loại hồ phổ biến ở nước ta Đặc điểm của hồ này là có độ sâu trung bình từ 1500 đến 2000 mm, cho thấy sự phân bố của chúng trong môi trường tự nhiên.
Hình 1.10 Các quá trình xử lý BOD trong hồ sinh học tùy tiện [7] d Hồ sinh học xử lý triệt để
Hồ sinh học có khả năng xử lý triệt để nước thải với độ sâu từ 1-1,5 m, tiếp nhận nước thải từ các nguồn khác nhau Chức năng chính của hồ là tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh, đồng thời tách biệt một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng mặc dù mức xử lý BOD còn thấp.
Giá trị pH trong nước hồ có thể đạt khoảng 9 do quá trình quang hợp mạnh mẽ của tảo, dẫn đến việc tiêu thụ CO2 nhanh hơn so với lượng CO2 được sản sinh từ hoạt động hô hấp của vi khuẩn.
Kết quả là các ion carbonat và bicarrbonat được phân ly theo các phản ứng sau đây:
Diệt vi khuẩn gây bệnh:
Cường độ ánh sáng, nhiệt độ, pH và thời gian lưu nước là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn trong hồ Nghiên cứu cho thấy, khi thời gian nước lưu lại trong chuỗi hồ vượt quá 11 ngày, hầu như không còn sự hiện diện của động vật phù du gây bệnh và trứng giun sán trong nước thải đầu ra.
1.3 2 Cánh đồng tưới và bãi lọc trồng cây a Bãi lọc trồng cây
Các nghiên c ứ u có liên quan
1.4.1 Các nghiên c ứu trên thế giới
Hiện nay, thế giới có hơn 7 tỷ người, mỗi ngày thải ra hàng tỷ mét khối nước thải sinh hoạt, trong đó chứa hàng trăm ngàn tấn chất hữu cơ, dầu mỡ, chất dinh dưỡng (giàu nitơ và phốt pho) cùng với vi sinh vật gây bệnh.
Phần lớn chất thải hiện nay không được xử lý và bị xả thải trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm đất và nước Tại nhiều khu vực nghèo trên thế giới, nước thải thường được đổ thẳng xuống các dòng sông địa phương do thiếu lựa chọn xử lý.
Nhiều dòng sông trên thế giới đã trở thành sông chết, gây nguy hại cho môi trường do sự phân hủy chất dinh dưỡng Hơn nữa, các chất ô nhiễm từ những dòng sông này có nguy cơ ngấm xuống tầng nước ngầm, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt hàng ngày của người dân.
Nước thải không được xử lý tiềm ẩn nhiều nguy cơ cho sức khỏe con người, chứa các tác nhân gây bệnh có thể lây lan qua nguồn nước, dẫn đến nhiều căn bệnh nghiêm trọng và thậm chí tử vong Hơn nữa, nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý còn làm giảm lượng oxy trong nước, gây hại cho hệ sinh thái và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cuộc sống.
Nước thải sinh hoạt có mức độ dao động lớn, trung bình ước tính khoảng 80% lượng nước sử dụng của người dân, với Mỹ và Canada có lượng nước thải cao từ 200-400 lít/người/ngày đêm (số liệu 2012) Tiêu chuẩn sử dụng nước ở các đô thị Mỹ là 380-500 lít/người/ngày đêm, trong khi ở Pháp là 200-500 lít/người/ngày đêm và Singapore là 250-400 lít/người/ngày đêm Thành phần nước thải cũng khác nhau giữa các vùng, ví dụ như ở Israel, lượng amoni trong khu đô thị là 5,18 g/người/ngày đêm Sự gia tăng nước thải sinh hoạt yêu cầu các biện pháp xử lý hiệu quả, trong đó xử lý bằng thực vật thủy sinh là một giải pháp sinh học tiềm năng, đặc biệt phù hợp cho các nước đang phát triển nhờ tính tiết kiệm và thân thiện với môi trường Nghiên cứu tại Đài Loan cho thấy cây lục bình có khả năng hấp thụ kim loại nặng, với khả năng hấp thụ khoảng 0,24 kg/ha đối với Cd, 5,42 kg/ha đối với Pb, và 21,62 kg/ha đối với Cu.
Nghiên cứu cho thấy bèo lục bình có khả năng xử lý hiệu quả nước thải chứa các kim loại nặng như đồng, chì, kẽm và cadmium, với mức hấp thụ đạt 13,46 kg/ha đối với nickel Điều này cho thấy bèo lục bình là một loài tiềm năng trong việc cải thiện chất lượng nước.
Hơn 2 thập kỷ qua, ở một số nước như Ấn Độ, New Zealand, châu Âu và Bắc Mỹ người ta đã nghiên cứu và ứng dụng một dạng mới xửlý nước trong điều kiện tự nhiên đó là sử dụng các thảm thực vật trôi nổi trên mặt nước Thảm thực vật gồm những cây sống nổi có rễ giống như những cây dùng trong bãi lọc trồng cây Sự thay đổi độ sâu mực nước ít chịu ảnh hưởng tới loại thảm này do đó nó có triển vọng rất lớn trong xử lý nước đặc biệt ở những vùng nước sâu
Xơ dừa và than bùn là hai loại vật liệu được sử dụng làm giá thể cho thảm thực vật, trong khi các khung ống plastic (PVC, PE, PP) thường được áp dụng làm vật liệu nổi Tại Ấn Độ, tre tự nhiên được ưa chuộng vì tính kinh tế và hiệu quả xử lý cao Nghiên cứu của nhóm tác giả Sezerino PH và cộng sự (2003) về khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm dòng chảy đứng được thực hiện tại bang Santa Catarina, nơi có ngành chăn nuôi lợn phát triển mạnh mẽ nhất ở Brazil.
Nhóm tác giả He Lian-sheng, Liu Hong-liang, Xi Bei-dou và Zhu Yingbo (Trung
Năm 2006, đề tài nghiên cứu “Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng dòng tuần hoàn trong bãi lọc ngầm dòng chảy đứng” đã được triển khai Đồng thời, tác giả Somanat Somprasert và Suwasa Kantawanichkul từ Thái Lan cũng đã báo cáo về hệ thống đất ngập nước kết hợp nhằm xử lý nước thải sau Biogas.
Hội nghị quốc tế lần II “Năng lượng bền vững và Môi trường” (2006)
Trong một nghiên cứu của NASA do Wolverton dẫn đầu, bèo tây đã được chứng minh có khả năng lọc chất thải và hệ thống vi khuẩn ở rễ cây có thể phân hủy hợp chất hữu cơ trong rác thải, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây và xử lý kim loại nặng cùng hóa chất hữu cơ Nhiều thành phố và thị trấn ở miền Nam nước Mỹ đã áp dụng mô hình này để trồng bèo tây nhằm lọc và làm sạch nước thải.
1.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn sử dụng nước dao động từ 120 đến 180 lít/người/ngày đêm Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn sử dụng nước sinh hoạt từ 50 đến 100 lít/người/ngày đêm Thông thường tiêu chuẩn nước thải lấy bằng 80 đến 100% tiêu chuẩn sử dụng nước
Tại nhiều thành phố lớn, hệ thống cống rãnh chỉ phục vụ một số khu vực dân cư và thường kết hợp giữa nước thải sinh hoạt và nước mưa, dẫn đến việc xả thải trực tiếp ra môi trường như ao hồ, sông suối hoặc biển Hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt riêng biệt hầu như không tồn tại Theo thống kê, Hà Nội thải trung bình 458.000 m³ nước thải mỗi ngày, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt, 57% là nước thải công nghiệp và 2% là nước thải từ bệnh viện Đáng lo ngại, phần lớn nước thải này không được xử lý và đổ thẳng vào các dòng sông.
Tô Lịch và Kim Ngưu đang gây ô nhiễm nghiêm trọng cho hai con sông và khu vực dân cư xung quanh, với nhu cầu oxy sinh hóa tại sông Kim Ngưu lên tới 92,4 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép đến 9 lần Hồ cá tại quận Hoàng Mai và Thanh Trì bị ô nhiễm nặng do nước từ hai con sông này Toàn lưu vực có khoảng 26.300 giường bệnh, trong đó Hà Nội chiếm 47%, với lượng nước thải y tế ước tính hơn 10.000m³/ngày, không được xử lý và xả thẳng vào sông Tình trạng ô nhiễm không chỉ xảy ra ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh mà còn ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương, nơi mà nước thải sinh hoạt cũng không được xử lý, khiến các thông số ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép từ 5-20 lần Tại vùng nông thôn, tình hình vệ sinh môi trường còn đáng báo động hơn khi phần lớn các gia đình không có nhà vệ sinh hợp vệ sinh.
Hầu hết nước thải sinh hoạt thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên [16]
Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, nồng độ vi khuẩn E coliform ở vùng ven sông Tiền và sông Hậu dao động từ 1.500-3.500 MNP/100ml, nhưng tăng lên 3800-12.500 MNP/100ml ở các kênh tưới tiêu Việc thu gom và xử lý nước thải tập trung đang gặp nhiều khó khăn, với công tác xử lý chưa được chú trọng Một số đô thị như Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế và Đà Nẵng đã xây dựng trạm xử lý nước thải cục bộ cho các bệnh viện, nhưng nhiều trạm đã xuống cấp và ngừng hoạt động do thiết kế kém, vấn đề vận hành, bảo trì và thiếu kinh phí.
Việt Nam đang tích cực xây dựng các nhà máy và trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị, với 32 thành phố có dự án thoát nước và vệ sinh tính đến cuối năm 2014, trong đó hơn 90% hộ gia đình đã kết nối vào hệ thống thoát nước Hiện tại, khoảng 25% lượng nước thải đô thị được xử lý bởi 27 nhà máy xử lý nước thải tập trung, với công suất 770.000 m³/ngày đêm, trong khi tổng lượng nước thải phát sinh lên tới 3.080.000 m³/ngày đêm Ngoài ra, còn có khoảng 20 nhà máy xử lý nước thải đang được xây dựng, với công suất gần 1,4 triệu m³/ngày đêm.
CƠ SỞ LÝ THUY ẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
T ổ ng quan v ề nướ c th ả i sinh ho ạ t
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam 5980-1995 và ISO 6107/1-1980, nước thải là nước đã được thải ra sau khi sử dụng hoặc trong quá trình công nghệ, không còn giá trị trực tiếp Nước thải được định nghĩa là chất lỏng thải ra sau khi con người sử dụng, đã thay đổi tính chất ban đầu Thông thường, nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh, điều này là cơ sở để lựa chọn biện pháp giải quyết hoặc công nghệ xử lý.
2.1.1 Ngu ồn gốc nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của con người, bao gồm tắm giặt, vệ sinh cá nhân và các sinh hoạt khác Nguồn gốc của nước thải này rất đa dạng, xuất phát từ trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí, cơ quan công sở, khu chung cư và các hộ gia đình.
Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt phụ thuộc vào khả năng cung cấp của các nhà máy và trạm cấp nước, với các trung tâm đô thị có tiêu chuẩn cao hơn so với vùng ngoại thành và nông thôn Do đó, lượng nước thải trên mỗi người cũng khác nhau giữa thành phố và nông thôn Nước thải ở các đô thị thường được thoát qua hệ thống dẫn đến sông rạch, trong khi vùng ngoại thành và nông thôn thường tiêu thoát tự nhiên vào ao hồ hoặc bằng biện pháp tự thấm Mức sống và lối sống ảnh hưởng đến lượng nước thải và tải lượng chất trong nước thải mỗi ngày, với mức sống cao hơn dẫn đến lượng nước thải và tải lượng thải cũng cao hơn.
2.1.2 Thành ph ần của nước thải sinh hoạt
Thành phần chính của nước thải sinh hoạt bao gồm 02 loại:
- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh, các khu vệ sinh công cộng…
Nước thải ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày bao gồm cặn bã từ nhà bếp, chất tẩy rửa và các chất thải khác do con người thải ra.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, với hàm lượng chất hữu cơ chiếm từ 55 đến 65% tổng lượng chất bẩn, cùng với các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Nước thải này không chỉ có vi sinh vật gây bệnh mà còn chứa vi khuẩn cần thiết cho quá trình phân hủy chất hữu cơ Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, và điều kiện trang thiết bị vệ sinh Thông tin chi tiết về thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư được thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn (TS), mg/l 350-1.200 720
- Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l 250-850 500
- Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220
Clorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm, mgCaCO3/l 50-200 100
Nguồn: PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị [8]
Nước thải chứa các chất bẩn bao gồm thành phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, cũng như các chất rắn không lắng được, bao gồm các chất hòa tan và dạng keo Thành phần này trong nước thải sinh hoạt được thể hiện rõ qua sơ đồ hình 2.1.
Hình 2.1 Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt
Theo Imhoff, khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày được xác định theo bảng 2.2
Bảng 2.2 Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày
Thành phần Cặn lắng Chất rắn không tan Chất hoà tan Tổng cộng
(Nguồn: PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội) [8]
Tổng chất rắn là yếu tố vật lý quan trọng trong nước thải, bao gồm hai loại chính: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trong quá trình xử lý nước thải, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước.
Các chất hữu cơ Các chất vô cơ
Protein Cacbon hydrat Các chất béo
Cát Muối Kim là loại giấy lọc có kích thước lỗ 1,2 mm, bao gồm cả chất rắn lơ lửng lắng được và không lắng được trong nước thải Phân loại chất rắn trong nước thải được thể hiện trong hình 2.2.
Hình 2.2 Các loại chất rắn trong nước thải
Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư và cơ sở dịch vụ có khối lượng lớn và chứa nhiều chất bẩn cùng vi khuẩn gây bệnh, là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước Tại những khu vực đông đúc với điều kiện vệ sinh kém, việc xử lý nước thải không hiệu quả dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng Đặc điểm nổi bật của nước thải sinh hoạt là thành phần của chúng tương đối ổn định.
2.1.3 Phân lo ại nước thải sinh hoạt
- Nước thải từ khu vệ sinh
Nước thải từ các khu vệ sinh, hay còn gọi là nước đen, chứa nhiều chất ô nhiễm, chủ yếu là các chất hữu cơ như phân, nước tiểu, vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng Các thành phần ô nhiễm chính thường gặp bao gồm BOD 5, COD, Nitơ và Phốt pho.
Nước thải từ khu vệ sinh được thu gom và xử lý một phần trong bể tự hoại, giúp giảm nồng độ chất hữu cơ xuống mức phù hợp cho các quá trình sinh học tiếp theo.
- Nước thải từ khu nhà bếp
Nước thải khu nhà bếp chứa hàm lượng dầu mỡ cao cùng với nhiều cặn bẩn và rác Để đảm bảo hiệu quả cho các quá trình xử lý sau này, nước thải này cần được xử lý sơ bộ để tách dầu mỡ trước khi đưa vào hệ thống xử lý Việc xử lý nước thải từ nhà bếp bắt đầu bằng các bước quan trọng để loại bỏ các thành phần gây hại.
Chất rắn hoà tan Chất rắn keo Chất rắn lơ lửng
Khử bằng keo tụ Lắng được
Để ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn và mùi hôi thối từ nước thải, cần thực hiện các biện pháp hút dầu mỡ và sử dụng hệ thống xử lý bẫy mỡ nhằm loại bỏ dầu mỡ hiệu quả Việc này giúp tránh dầu mỡ bám dày vào thành cống, đảm bảo hệ thống thoát nước hoạt động thông suốt.
- Nước thải từ khu tắm giặt
Nước thải này khác biệt hoàn toàn so với các loại nước thải khác, với hàm lượng chất hữu cơ rất thấp, chủ yếu chứa hóa chất tẩy rửa Do đó, cần áp dụng phương pháp xử lý riêng biệt cho loại nước thải này để không ảnh hưởng đến quy trình xử lý chung.
Nước thải sinh hoạt không được xử lý gây ô nhiễm môi trường và tiềm ẩn nguy cơ bệnh truyền nhiễm, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Do đó, bên cạnh sự quản lý của nhà nước, các công ty, doanh nghiệp và hộ gia đình cần nắm vững phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt để cùng nhau nâng cao ý thức bảo vệ môi trường.
Các thông s ố kh ảo sát đánh giá chất lượng nướ c th ả i
Để đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm, cần dựa vào các thông số cơ bản và so sánh với giá trị cho phép của thành phần hóa học và sinh học cho từng loại nước Các thông số quan trọng bao gồm độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, chất lơ lửng, kim loại nặng, oxy hòa tan, cùng với các chỉ số BOD, COD, N, P Bên cạnh các chỉ số hóa học, cần chú ý đến các tiêu chí sinh học, đặc biệt là sự hiện diện của E.coli.
2.2.1 Ch ỉ tiêu dùng để đánh giá độ nhiễm bẩn vật lý
- Nhiệt độ: phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư thời tiết và bản chất của nước thải
Mùi là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá và chấp nhận hệ thống nước thải Nước có mùi thường xuất phát từ các chất hữu cơ trong cống rãnh khu dân cư, có thể gây cảm giác khó chịu và buồn nôn Thông thường, mùi này là sự tổng hợp của nhiều loại chất khác nhau.
Nước tự nhiên sạch thường không màu, nhưng có thể xuất hiện màu do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong cây cỏ hoặc do sự hiện diện của sắt và mangan Nếu nước có màu, đó là dấu hiệu cho thấy nước đã bị ô nhiễm Màu của nước được chia thành hai dạng: màu thực, do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo, và màu biểu kiến, do các chất lơ lửng trong nước Độ màu càng cao thì mức độ ô nhiễm càng lớn.
Độ đục của nước là kết quả của các hạt lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy hoặc sự hiện diện của giới thủy sinh Nó làm giảm khả năng truyền ánh sáng, ảnh hưởng đến quang hợp của vi sinh vật tự dưỡng và giảm chất lượng nước sử dụng Mức độ đục càng cao đồng nghĩa với mức độ ô nhiễm càng lớn.
2.2.2 Ch ỉ tiêu đánh giá định lượng trạng thái chất bẩn tan, không tan
- Hàm lượng chất rắn (TS, SS, VSS TDS)
Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng cách cân trọng lượng khô của phần còn lại sau khi bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thủy ở nhiệt độ 100 - 105°C cho đến khi trọng lượng ổn định Đơn vị tính được sử dụng là mg/l hoặc g/l.
Chắt rắn lơ lửng trong dung huyền phù (SS) được xác định bằng cách đo hàm lượng chất rắn huyền phù, tính bằng trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh Quá trình này bao gồm việc lọc 11 mẫu nước qua phễu lọc Gooch và sấy khô ở nhiệt độ từ 100 đến 105°C cho đến khi trọng lượng ổn định Kết quả được biểu thị bằng đơn vị mg/l (hoặc g/l).
- Chắt rắn hòa tan (TDS): là hiệu số tống chất rắn huyền phù: TDS = TS - SS Đơn vị tính băng mg/1 (hoặc g/1)
Chất rắn bay hơi (VSS) là lượng chất rắn mất đi khi nung chất rắn huyền phù ở nhiệt độ 550°C trong khoảng thời gian xác định Đơn vị tính của VSS có thể là mg/L hoặc tỷ lệ phần trăm của chất rắn hòa tan (ss) hoặc chất rắn tổng (TS).
2.2.3 Ch ỉ tiêu đánh giá định lượng độ nhiễm bẩn hữu cơ
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước, chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí BOD là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải Phương trình tổng quát cho quá trình oxy hóa sinh học phản ánh sự chuyển hóa này.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và H2O cần thời gian dài, phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, loại vi sinh vật, nhiệt độ nước và sự hiện diện của các chất độc hại trong môi trường nước.
Trong thực tế, việc xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ là điều không khả thi do tốn quá nhiều thời gian Thay vào đó, người ta chỉ xác định lượng oxy cần thiết cho quá trình này.
Chỉ số BOD5, đại diện cho mức độ vi sinh vật trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20°C, được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra không đồng đều theo thời gian, với cường độ cao hơn trong giai đoạn đầu và sau đó giảm dần.
Chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand) là một chỉ số quan trọng dùng để đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và mức độ ô nhiễm của nước tự nhiên COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành carbon dioxide (CO2) và nước (H2O) Lượng oxy này phản ánh hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, được xác định thông qua việc sử dụng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường axit.
Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) là tỷ lệ giữa khối lượng cacbon và khối lượng hợp chất hữu cơ Giá trị TOC được tính dựa trên công thức của hợp chất, với đơn vị đo là gam cacbon trên lít (g C/l) hoặc miligam cacbon trên lít (mg C/l).
Oxy hòa tan (DO) là chỉ tiêu quan trọng của nước, quyết định sự sống của các sinh vật trên cạn và dưới nước Oxy hỗ trợ quá trình trao đổi chất, cung cấp năng lượng cho sự sinh trưởng và sinh sản Tuy nhiên, khi chất thải được thải vào nguồn nước, quá trình oxy hóa sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan, đe dọa sự sống của cá và các sinh vật thủy sinh.
Các hợp chất phenol, bao gồm phenol và các dẫn xuất của nó, thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp Những hợp chất này không chỉ làm nước có mùi khó chịu mà còn gây hại cho hệ sinh thái và sức khỏe con người.
2.2.4 Ch ỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm dinh dưỡng và mức độ phù dưỡng hóa th ủy vực
Cơ sở khoa h ọ c c ủa phương pháp dùng thự c v ật để x ử lý nướ c th ả i
a Một vài loài thực vật thủy sinh điển hình xử lý nước thải
Các loài này thuộc các nhóm sau đây: thủy thực vật sống chìm, thủy thực vật sống nổi và thủy thực vật sống trôi nổi
Bảng 2.3 Một số loài thực vật có khả năng xử lý nước thải [20]
Tên la tinh khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
Những nước đã ứng dụng thành công
Khả năng ứng dụng tại Việt Nam Ghi chú
MỹThích nghi với những nơi ao tù ẩm ướt; phân bố rộng khắp Việt Nam
- Làm sạch nước, phân giải chất độc
- Đồng hóa cả amôn và nitrat trong khi phần lớn các TVTS khác đồng hóa amôn cao hơn so với nitrat
Giảm nhiệt độ nước, giảm khuấy động mặt nước, hạn chế phát triển tảo, ổn định pH và
Mỹ và Canada có lợi thế trong việc sinh sản nhanh và hiệu quả xử lý cao, với sinh khối thu được có thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, ủ phân xanh, sản xuất biogas và làm nguyên liệu giấy.
Bèo cái (Pistia stratiotes) là loài thực vật thủy sinh phổ biến ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Sự kết hợp giữa vi khuẩn và bộ rễ của bèo cái đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất dinh dưỡng trong nước, góp phần cải thiện chất lượng nước.
Có khả năng ứng dụng, tốc độ sinh trưởng chậm hơn so với bèo tây
Phân bố phổ biến ở miền Bắc Việt Nam, Nhật Bản.
Sử dụng phổ biến để xử lý nước ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng.
Sống trôi nổi trên mặt nước ao, hồ, đầm ruộng.
Sử dụng để xử lý nước ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng (AlIII, CuII, CrVI,,
Sống trôi nổi trên mặt nước ao, hồ, đầm Chủ yếu Phổ biến ở Ðông
Nhân dân thường dùng cây làm rau nuôi lợn Cũng là
Tên la tinh khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
Những nước đã ứng dụng thành công
Khả năng ứng dụng tại Việt Nam Ghi chú có tác dụng lợi tiểu, tiêu độc Thường dùng cây sắc nước uống.
Nguồn gốc chủ yếu từ Philippine, Thái Lan hoặc thuộc dòng Nam ấn
Hệ rễ phát triển mạnh mẽ tạo thành chùm lớn, giúp hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng như N và P hòa tan trong vòng 3 đến 5 tuần, từ đó ngăn ngừa sự phát triển của tảo Ứng dụng này đang được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
7 Rong đuôi chó Ceratophyl lum demersum
Các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới, bao gồm Việt Nam, có sự phân bố đa dạng trên toàn quốc Tại Việt Nam, nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện nhằm ứng dụng các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả.
Có khả năng thích ứng rất cao với môi trường nước bị ô nhiễm hữucơ
Sống chìm trong các ao hồ, đầm, sống lâu trong điều kiện thiếu ánh sáng
Sống chìm trong các ao hồ, đầm, sống lâu trong điều kiện thiếu ánh sang phân bố rộng khắptoàn cầu
Tên la tinh khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
Những nước đã ứng dụng thành công
Khả năng ứng dụng tại Việt Nam Ghi chú
Loài cây thuỷ sinh khá phổ biến ở các ruộng nước, hồ ao từ Vĩnh Phú, Hà Nội, Nam Hà, Ninh Bình tới Thừa Thiên - Huế
10 Cỏ tranh Blyxa aubertii phân bố rộng khắp ở cả 3 miềnBắc, Trung,Nam Việt Nam
Bộ rễ phát triển mạnh mẽ giúp cây chịu đựng môi trường nước ô nhiễm hữu cơ Loại cây này thường được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước và trong các bãi lọc trồng cây.
Việt Nam Thành công trong xử lý nước thải bún, sản xuất tinh bột sắn tại Kon Tum, Hà Nội và Yên Bái,…
Typha Sống ở ven rìa đầm lầy nước ngọt hoặc lợ, ít phèn, chủ yếu tập trung ở 3 tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu và
Cỏ nến có khả năng lọc nước hiệu quả, giúp giảm thiểu chất thải, đặc biệt là chất hữu cơ, từ đó hạn chế tình trạng phú dưỡng ở hồ và đầm Ngoài ra, cỏ nến còn được sử dụng để sản xuất ethanol và rễ của nó có khả năng chống xói mòn rất tốt.
Chịu được nồng độ các chất ô nhiễm cao trong nước, có tốc độ
Khả năng vận chuyển oxy vùng rễ cao, có thể xử lý nước thải công nghiệp đạt hiệu quả lớn. Đức,Anh,H ungari, Thái Lan, Ấn
Dễ trồng, tạo bóng râm ngăn sự phát triển của tảo.
Tên la tinh khoa học Phân bố Khả năng ứng dụng
Những nước đã ứng dụng thành công
Khả năng ứng dụng tại Việt Nam Ghi chú
Vùng đồng cỏ nhiệt đới châu Phi, có thể sống ở những nơi đất khô cằn.
Hiệu quả trong việc hấp thụ các kim loại nặng như đồng, nikenvà cadimi, kẽm, chì
Trung Quốc; các nước Châu Phi
Cow Lily Các khu vực ao, hồ và đầm lầy, lá và hoa nổi lên trên mặt
Ngoài tác dụng làm cảnh còn có tác dụng rất lớn trong việc xử lý nguồn nước mặt bị ô
Phổ biến ở Việt Nam,Ấn Độ, Srilanca, Thái Bình Dương Loài cây liên nhiệt đới mọc ở ruộng, rạch cạn vùng đồng bằng.
Cây trang là một trong những loài có khả năng sinh oxy mạnh và giải phóng oxy vùng rễ.
Nhật Bản, Hàn Quốc, Malaixia
Trong 16 loại thực vật nêu ở trên cây bèo tây có khả năng chống chịu rất cao với nguồn nước ô nhiễm đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ, mặt khác bèo tây là một trong mười loài cây có tốc độ sinh trưởng mạnh nhất thế giới Ngoài ra, bèo tây có khảnăng đồng hóa cả amôn lẫn nitrat trong khi phần lớn các TVTS khác đồng hóa amôn cao hơn so với nitrat, bèo tây còn góp phần hạ thấp nhiệt độ nước, giảm sự khuấy động mặt nước của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế sự phát triển của tảo, qua đó giảm sự dao động lớn của nồng độ pH và ôxy hòa tan vào ban ngày
Bèo tây nổi bật với tốc độ sinh trưởng nhanh, dễ trồng và khả năng chống chịu tốt với nước ô nhiễm, giúp nó trở thành một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải Phương pháp sử dụng thực vật thủy sinh (TVTS) để xử lý nước thải dựa trên cơ sở khoa học vững chắc, cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng nước.
TVTS có khảnăng xử lý ô nhiễm nước là nhờhai cơ chếchính là cơ chế vùng rễvà cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật:
Hệ rễ của thực vật thủy sinh (TVTS) đóng vai trò quan trọng như giá thể cho vi sinh vật (VSV) bám vào Oxy được lấy từ không khí hoặc quá trình quang hợp, sau đó được vận chuyển qua thân xuống rễ và giải phóng ra môi trường nước xung quanh Nhờ có oxy, các VSV hiếu khí trong vùng rễ có khả năng phân hủy chất hữu cơ, đồng thời thúc đẩy quá trình nitrat hóa, từ đó giúp làm sạch nước.
Cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật thủy sinh diễn ra khi các muối khoáng hòa tan trong nước hoặc được sinh ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ Những chất dinh dưỡng này được cây hấp thụ qua hệ rễ, đồng thời giúp làm sạch nước.
Xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải của thực vật:
Thành phần tạp chất Cơ chế xử lý
Cặn không tan Lắng, lọc, hấp phụ và phân hủy
BOD Lắng, lọc, phân hủy tạo ra sản phẩm CO2, H 2 O, NH 3 do các vi sinh vật bám trên cây, rễ.
Chủ yếu do nitrat hóa - khử nitrat.
Oxy hóa amoniac bởi vi sinh trong vùng hiếu khí Khử nitrat, nitrit trong vùng thiếu khí Hấp thụ bởi thựcvật
Hấp phụ, tạo phức, kết tủa trong lớp đệm do muối Al, Fe, Ca và sét Hấp thụ bởi thựcvật
Thành phần tạp chất Cơ chế xử lý
Kim loại nặng Kết tủa do thay đổi pH; lắng và hấp phụ trên màng vi sinh bám trên cây và rễ.
Lắng, lọc, chết, tiêu diệt lẫn nhau Chất kháng sinh tiết ra từ rễ và thân cây chết.
- Loại bỏ các hợp chất hữu cơ:
Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu thông qua cơ chế lắng, phân hủy và hấp phụ Quá trình phân hủy diễn ra nhờ các vi khuẩn hiếu khí và kị khí, trong khi hấp phụ các chất bẩn lên màng vi sinh vật cần xảy ra trước khi tiến hành phân hủy sinh học Ngoài ra, các chất bẩn hữu cơ cũng có thể được loại bỏ thông qua quá trình hút bám vật lý lên bề mặt các chất rắn lắng và sau đó là quá trình lắng.
Phân hủy sinh học là yếu tố quan trọng trong việc loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan và keo có khả năng phân hủy sinh học BOD trong nước thải Các chất BOD còn lại cùng với chất rắn lắng sẽ được loại bỏ thông qua quá trình lắng Cơ chế loại bỏ BOD diễn ra thông qua quá trình oxy hóa sinh học.
Chất hữu cơ + O2 Vi sinh vật CO 2 + H 2 O + sinh khối
Quá trình này cần một khoảng thời gian dài, phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, các loại vi sinh vật, nhiệt độ của nguồn nước, và sự hiện diện của một số chất độc hại trong nước.
Vai trò của thực vật 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 rễđể cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí trong bộ rễ
Quá trình xử lý nước thải hiệu quả dựa vào cơ chế lắng trọng lực để loại bỏ các chất rắn lắng, trong khi vi sinh vật và thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chúng Chất rắn lơ lửng, bao gồm các hạt nhỏ trong nước như một dung dịch keo, được sử dụng như một chỉ số đánh giá chất lượng nước Những hạt này có thể là vô cơ như đất sét, phù sa, hoặc hữu cơ như sợi thực vật, tảo và vi khuẩn Sự hiện diện của chất rắn lơ lửng có thể làm tăng khả năng lắng bùn và tạo ra điều kiện kỵ khí khi nước thải được thải ra môi trường.
Nitơ được loại bỏ chủ yếu thông qua ba cơ chế chính: nitrat hóa/khử nitơ, sự bay hơi của ammoniac (NH3) và sự hấp thụ của thực vật Tuy nhiên, hiện nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa đạt được sự đồng thuận về tầm quan trọng của các cơ chế khử nitơ, đặc biệt là giữa hai cơ chế nitrat hóa/khử nitrat và sự hấp thụ của thực vật.
Đặc điể m cây bèo tây
Bèo tây (Eichhornia crassipes), còn được biết đến với các tên gọi như lục bình, lộc bình hay bèo Nhật Bản, là một loài thực vật thủy sinh thuộc chi Eichhornia trong họ Bèo tây (Pontederiaceae) Loài này có thân thảo và sống nổi theo dòng nước.
Cây bèo tây, có nguồn gốc từ châu Nam Mỹ, được du nhập vào Việt Nam khoảng năm 1905, từ đó mang tên gọi bèo tây trong tiếng Việt Ngoài ra, tên bèo Nhật Bản xuất phát từ quan niệm của một số người cho rằng loại cây này có nguồn gốc từ Nhật Bản.
Nhật về Lộc bình do cuống lá phình lên giống lọ lộc bình Phù bình vì nó nổi trên mặt nước
Cây bèo tây là loài thực vật thủy sinh có khả năng sinh sản nhanh chóng và phát triển mạnh mẽ trong môi trường nước Với bộ rễ dài và rậm, có thể đạt đến 1m, cây sống nổi trên mặt nước hoặc bám dưới bùn Kích thước của cây phụ thuộc vào hàm lượng dinh dưỡng trong môi trường sống Bèo tây sinh sản vô tính thông qua việc đâm ra các thân bò từ nách lá, tạo ra cây mới độc lập chỉ sau hai tuần Trong các ao, hồ, đầm nước giàu dinh dưỡng, bèo tây có thể nhân đôi số lượng và đạt sản lượng lên đến 150 tấn chất khô trên mỗi hecta mỗi năm.
Bèo tây không chỉ được sử dụng làm thực phẩm mà còn có nhiều công dụng y học như giảm đau, an thần và kháng viêm Gần đây, các nghiên cứu đã chỉ ra những lợi ích khác của bèo tây, mở ra tiềm năng mới trong việc ứng dụng loại thực vật này trong chăm sóc sức khỏe.
Bèo tây đóng vai trò quan trọng trong việc chống ô nhiễm nguồn nước, nhờ khả năng làm sạch nước nơi chúng sinh trưởng Chỉ với 1/3 ha bèo, mỗi ngày có thể lọc tới 2225 tấn nước ô nhiễm chứa các chất thải sinh học và hóa chất Ngoài ra, loài thực vật này còn có khả năng loại bỏ các kim loại nặng độc hại như thủy ngân, chì, kẽm, bạc và vàng, góp phần cải thiện chất lượng môi trường.
Cung cấp năng lượng: Dùng vi khuẩn cho bèo lên men; 1kg bèo sẽ cho 0,3m 3 khí methan Bã bèo sau khi lên men có thể dùng làm phân bón
Nguyên liệu cho mặt hàng thủ công mỹ nghệ, sản xuất vải sợi và trồng nấm rơm [20]
Hình 2.4 Sản phẩm từ bèo tây [20]
Xây d ự ng mô hình nghiên c ứ u
2.5.1 Mô hình thí nghi ệm
Mô hình thí nghiệm được xây dựng trong các thùng xốp với kích thước 60×45×40 cm, tương ứng với chiều dài, chiều rộng và chiều cao, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các thí nghiệm.
Hình 2.5 Sơ đồ mô hình nghiên cứu
Hình 2.6 Sơ đồ mô hình đối chứng
Nước thải Lấy mẫu nước
Nước thải Lưu nước Lấy mẫu c Nuôi bèo che phủ 50%
Hình 2.7 Mô hình thiết kế xử lý nước thải sinh hoạt bằng bèo tây
Quy cách lấy mẫu và bảo quản mẫu phải tuân thủ các quy chuẩn hiện hành theo QCVN08:2015/BTNMT, đảm bảo rằng điểm mẫu được chọn phải đại diện cho khu vực nghiên cứu.
Vào lúc 8h00 ngày 14/10/2016, mẫu nước được lấy tại kênh nước thải xả trực tiếp ra sông Cà Lồ, thuộc xã Phú Minh, huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội Trong quá trình nghiên cứu, có hai phương pháp nuôi bèo được áp dụng: nuôi bèo che phủ 80% để lắng tự nhiên và nuôi bèo che phủ 25%.
Sau khi lấy mẫu nước thải sinh hoạt, cần đổ vào chậu nhựa lớn để đồng nhất, sau đó lấy mẫu đã trộn để phân tích các chỉ tiêu chất lượng đầu vào như pH, DO, COD, BOD 5, TSS, PO4 3-, Amoni, Nitrat, tổng Coliform Đồng thời, cũng cần quan sát màu sắc và ngửi mùi của nước thải sinh hoạt.
2.5.3 Phương pháp phân tích mẫu
Phân tích các chỉ tiêu pH, BOD5, COD, DO, NH4+, NO3-, PO43-, TSS và Coliform trong mẫu nước thải sinh hoạt được thực hiện tại phòng thí nghiệm phân tích môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên nhằm đánh giá chất lượng nước thải Kết quả phân tích sẽ cung cấp thông tin quan trọng về mức độ ô nhiễm và khả năng xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường.
- ĐộpH: Được xác định bằng phương pháp đo nhanh
Để xác định thông số TSS, mẫu được lọc qua máy lọc chân không với bộ lọc sợi thủy tinh Sau đó, bộ lọc được sấy ở nhiệt độ 105oC, và phần gia tăng khối lượng của bộ lọc chính là lượng cặn lơ lửng, được đo bằng cân phân tích.
Để phân tích thông số BOD 5, mẫu nước cần được xử lý sơ bộ và pha loãng với một loại nước giàu oxy hòa tan và chứa vi sinh vật hiếu khí, đồng thời có khả năng ức chế quá trình nitrat hóa Mẫu được ủ ở nhiệt độ 20°C trong năm ngày, trong điều kiện tối, trong bình đầy và được nút kín Sau quá trình ủ, cần xác định nồng độ oxy hòa tan trước và sau, từ đó tính toán khối lượng oxy tiêu tốn trong một lít mẫu.
- Thông số COD: Các loại chất hữu cơ bị oxy hóa bởi hỗn hợp axitcromic và sulfuric
Mẫu được xử lý trong dung dịch axit mạnh với một lượng potassium dichromate (K2Cr2O7) đã được xác định trước Sau quá trình oxy hóa, lượng K2Cr2O7 còn lại được chuẩn độ màu bằng ammonium sulfate để xác định lượng K2Cr2O7 đã tiêu thụ, từ đó tính toán chỉ số COD.
- Thông sốDO: Xác định DO theo phương pháp Winkler cải tiến dựa trên sự ôxy hóa
Mn 2 + thành Mn 4 + bởi lượng ôxy hòa tan trong nước Lấy mẫu vào chai DO, đậy nút, V= 300ml không được để bọt khí bám cung quanh chai Mở nút lần lượt thêm vào 2ml MnSO 4, 2ml azide kiềm, đậy nút chai ít nhất 20s lắc đều Đợi kết tủa lắng yên cẩn thận mở nút thêm 2ml H 2 SO 4 đậm đặc đậy nút rửa bình lắc đều cho kết tủa hoàn toàn đến khi có mầu vàng trong Rót bỏ 97ml dung dịch, định phân lượng cong lại bằng
Na 2 S 2 O 3 0.025 M chỉ cho chỉ thị hồ tinh bột vào mẫu khi màu còn thật nhạt Xác định thể tích Na 2 S 2 O 3 đinh phân bằng lượng DO trong mẫu 1ml Na 2 S 2 O 3 0.025M đã dùng
- Thông số NH 4 + : Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler
(K 2 HgI 4 ), tạo thành phức có màu vàng hay vàng nâu sẫm phụ thuộc vào hàm lượng amonia có trong nước Ta có các phản ứng:
2K 2 HgI 4 + NH 3 + 3KOH Hg(HgIONH 2 ) + 7KI + H 2 O
2K 2 HgI 4 + NH 3 + 3KOH Hg(HgI 3 NH 2 ) + 5KI + H 2 O
Để phân tích nồng độ NH4+, lấy 10ml mẫu nước vào ống nghiệm và thêm 3 giọt Nessler; nếu xuất hiện kết tủa vàng hoặc đỏ nâu, có nghĩa là có NH4+ Để khử độ đục, lấy 100ml mẫu nước, thêm 1ml ZnSO4 5% và 0,5ml dung dịch 6N để đạt pH 10,5 Sau khi trộn đều và để yên trong 5-10 phút, cặn sẽ lắng xuống đáy Tiến hành lọc để lấy phần nước trong, sau đó phân tích định lượng bằng cách đo màu ở bước sóng 640nm của hợp chất indophenol, được hình thành từ phản ứng giữa amoni, hypoclorit và phenol, với sự xúc tác của natri nitroprusit.
Trong môi trường axit đậm đặc, nitrat (NO3-) phản ứng với axit phenoldisulfonic để tạo thành phức chất không màu nitrophenoldisulfonic Khi chuyển sang môi trường bazơ mạnh, phức chất này chuyển sang màu vàng và có thể được đo bằng quang phổ kế ở bước sóng 410nm Cường độ màu thu được tỷ lệ thuận với nồng độ của NO3-.
- Thông số PO 4 3- Phương pháp xanh molybden – phương pháp này dựa trên việc thủy phân poliphotphat trong môi trường axit để chuyển thành orthophatphat hòa tan và ion
PO 4 3- sẽ cho một phức chất mày vàng chanh với thuốc thử molybdat ammonium theo phản ứng:
PO 4 3- +12(NH 4 + ) 2 MoO 4 + 24H + (NH 4 + ) 3 PO 4 12MoO 3 +21 NH 4 + +
Dạng α – phospho molybdat NH4+ có thể bị khử thành dạng β – phospho molybdat NH màu xanh khi có mặt của các chất khử như SnCl2 Độ đậm nhạt của màu xanh này phụ thuộc vào hàm lượng ion PO4^3- có trong mẫu ban đầu.
(NH 4 )PO 4 12MoO 3 + 8Sn 2+ + 16H + (NH 4 )
Cho 50ml mẫu nước thực vào bình nón thêm 2ml dung dịch H 2 SO 4 37% rồi đun sôi
Sau khi để mẫu nguội đến nhiệt độ phòng trong 30 phút, tiến hành định mức lại bằng nước cất cho đủ 50ml, thực hiện các bước tương tự như lập đường chuẩn Để đảm bảo mẫu ổn định, đo trên máy so màu ở bước sóng 690 – 720nm và ghi lại mật độ quang của mẫu thử.
Để xác định sự hiện diện của Coliform, lấy 3 ống môi trường BGBL nồng độ kép và dùng pipet vô trùng chuyển 10ml dung dịch gây nhiễm vào từng ống Tiếp theo, lấy 3 ống môi trường BGBL nồng độ đơn và chuyển 1ml mẫu vào từng ống, đây là môi trường tăng sinh cho Coliform Thực hiện tương tự với 3 ống cấy 0,1ml mẫu Sau đó, ủ các ống trong 24 - 48 giờ và đếm số ống dương tính ở mỗi dãy cấy Cuối cùng, tra bảng kết quả MPN/100ml với 3 ống 10ml, 3 ống 1ml và 3 ống 0,1ml để xác định trị số Coliform trong mẫu.
Phương pháp và tiêu chuẩn phân tích các thông số ô nhiễm có trong các mẫu nước thải được tóm tắt trong Bảng 2.4
Bảng 2.4: Phương pháp và tiêu chuẩn phân tích các thông số
TT Thông số Phương pháp Tiêu chuẩn phân tích (hoặc tương đương)
1 pH Đo nhanh TCVN 6492-2011 (ISO 10523-
2 BOD 5 Nuôi cấy và pha loãng TCVN 6001-1 : 2008
3 TSS Lọc qua cái lọc sợi thủy tinh
TT Thông số Phương pháp Tiêu chuẩn phân tích (hoặc tương đương)
4 COD Quang phổ trắc quang
5 NH 4 + Quang phổ trắc quang Standard Methods 4500NH3B&C
6 DO Winkler cải tiến TCVN 7324:2004
7 NO 3 - Quang phổ trắc quang TCVN 8742:2011
8 PO 4 3- Quang phổ trắc quang
-Phương pháp đo phổ dùng amoni Molipdat
9 Coliform Định lượng vi sinh vật TCVN 6505-1:1999
Sau khi lấy mẫu nước thải sinh hoạt đã được trộn đồng nhất thì chia mẫu nước vào 4 thùng xốp, mỗi thùng 40 lít nước thải sinh hoạt