Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại huyện từ liêm bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình
- 69 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---***---
PHẠM KHÁNH HUY
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
CỦA MỘT KHU DÂN CƯ TẠI HUYỆN TỪ LIÊM
BẰNG MÔ HÌNH HỒ THỦY SINH
NUÔI BÈO LỤC BÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Người hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN PHẠM HỒNG LIÊN
Hà Nội - 2013
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ....................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. 5
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 6
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NƯỚC THẢI SINH HOẠT & HIỆN TRẠNG Ô
NHIỄM NƯỚC THẢI TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ........................................... 8
I.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt và ảnh hưởng của nó tới môi trường ........................ 8
I.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt ...................................................................................8
I.1.2. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường .................................................................9
I.2. Nước thải thành phố Hà nội và hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu .......... 11
I.2.1. Nước thải thành phố Hà nội ........................................................................... 11
I.2.2. Hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu ................................................... 12
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
HỒ THỦY SINH THẢ BÈO LỤC BÌNH ................................................................. 14
II.1. Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh .................. 14
II.1.1. Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây .................................................. 14
II.1.2. Phương pháp hồ thủy sinh .................................................................................... 15
II.2. Nhóm thực vật thủy sinh và tác dụng của chúng trong hệ thống xử lý tự nhiên .......... 16
II.2.1. Nhóm thực vật thủy sinh ....................................................................................... 16
II.2.2. Tác dụng của thực vật thủy sinh với hệ thống tự nhiên ...................................... 18
II.2.3. Một số đặc điểm của bèo lục bình ........................................................................ 19
II.3. Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình ............................. 20
II.3.1. Cơ chế loại bỏ chất rắn [10,11,12] ....................................................................... 20
II.3.2. Cơ chế loại bỏ chất hữu dễ phân hủy COD và BOD [10,11] ............................. 21
II.3.3. Cơ chế loại bỏ Nitơ [3,10,11] ............................................................................... 22
II.3.4. Cơ chế loại bỏ Photpho [3,10,11] ......................................................................... 25
II.3.5. Loại bỏ Kim loại nặng[10,11] ............................................................................. 26
II.3.6. Loại bỏ vi khuẩn vi rút [10,11] ............................................................................. 26
1
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
II.3.7. Các yếu tố chung khác ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của hồ thủy sinh............. 27
II.4. Cơ sở thiết kế mô hình xử lý ................................................................................. 27
II.4.1. Qui chuẩn thiết kế hồ thủy sinh ............................................................................ 27
II.4.2. Thông số cơ bản thiết kế hệ thống........................................................................ 28
II.4.3. Một số kết quả nghiên cứu thực tiễn trên thế giới ............................................... 29
II.4.4. Một số kết quả nghiên cứu thực tiễn trong nước ................................................. 30
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 34
III.1. Qui trình nghiên cứu ............................................................................................ 34
III.2. Khảo sát nước thải tại khu vực nghiên cứu ......................................................... 35
III.3. Thiết lập mô hình ................................................................................................. 35
III.4. Nuôi thả bèo lục bình ........................................................................................... 37
III.5. Lấy mẫu ................................................................................................................ 37
II.5.1. Lấy mẫu nước thải chạy mô hình ......................................................................... 37
II.5.2. Lấy mẫu nước thải dùng cho phân tích ................................................................ 39
II.5.3. Lấy mẫu phân tích bèo .......................................................................................... 39
III.6. Phân tích mẫu ....................................................................................................... 40
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ........................................................... 44
IV.1. Kết quả theo dõi sự phát triển của bèo lục bình ................................................... 44
IV.2 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm ........................................................................... 47
IV.2.1. Hiệu quả xử lý SS ................................................................................................ 47
IV.2.2. Hiệu quả xử lý với các chất hữu cơ COD, BOD5 .............................................. 49
IV.2.3. Hiệu quả xử lý Ni tơ ............................................................................................ 53
IV.2.4. Hiệu quả xử lý Phốt pho ...................................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 61
PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH .......................................................................... 63
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... 68
2
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
BOD5 Nhu cầu ôxy sinh hóa
BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường
COD Nhu cầu ôxy hóa học
DO Oxy hòa tan
HAR Tải trọng thủy lực thực tế
HLR Tải trọng thủy lực
HRT Thời gian lưu thủy lực
NTSH Nước thải sinh hoạt
NXB Nhà xuất bản
OLR Tải trọng hữu cơ
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SS Chất rắn lơ lửng
TKN Tổng Nitơ Kejldahl
TP Tổng phốt pho
VSV Vi sinh vật
3
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số cơ bản theo QCVN 14:2008/BTNMT - 40:2011/BTNMT
và phân chia mức độ ô nhiễm của NTSH theo APHA [6] .........................................9
Bảng 1.2. Mức độ ô nhiễm BOD5 trong nước sông nội thị TP Hà Nội [5] ..............10
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nước thải tại khu vực nghiên cứu giai đoạn tháng 11
năm 2011 đến tháng 2 năm 2012 ..............................................................................13
Bảng 2.1. Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong hệ thống thủy sinh[10] ................20
Bảng 2.2.Tiêu chuẩn thiết kế hồ thủy sinh trong xử lý nước thải .............................28
Bảng 2.3. Tóm tắt các nghiên cứu ứng dụng phương pháp hồ thủy sinh trong xử lý
nước thải sinh hoạt trên thế giới[10] .........................................................................30
Bảng 2.4. Kết quả xử lý Nitơ và Phốt pho trong nước thải sông Tô Lịch ................32
Bảng 3.1. Khối lượng NTSH được lấy qua các giai đoạn vận hành .........................38
Bảng 3.2. Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ...........................................................40
Bảng 4.1. Quan sát sự phát triển của bèo ..................................................................44
Bảng 4.2. Hàm lượng ô nhiễm SS trong NTSH đầu vào và ra .................................47
Bảng 4.3. Hàm lượng ô nhiễm COD trong NTSH đầu vào và đầu ra ......................49
Bảng 4.4. Hàm lượng ô nhiễm Nitơ và trong NTSH đầu vào và ra ..........................53
Bảng 4.5. Hàm lượng ô nhiễm NH4+ trong NTSH đầu vào và ra .............................54
Bảng 4.6. Hàm lượng ô nhiễm tổng Phốt pho trong NTSH đầu vào và ra ...............56
Bảng 4.7. Hàm lượng ô nhiễm tổng PO43- trong NTSH đầu vào và ra .....................57
Bảng 5.1. Kết quả phân tích giai đoạn chạy tuần hoàn và giai đoạn chạy với thời
gian lưu 18 ngày: .......................................................................................................63
Bảng 5.2. Kết quả phân tích giai đoạn chạy với thời gian lưu 11 ngày: ...................66
4
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Kênh thu gom nước thải và vị trí lấy mẫu nghiên cứu ..............................12
Hình 2.1. Mô hình đất ngập nước - bãi lọc trồng cây với dòng chảy mặt ................15
Hình 2.2. Cách lựa chọn hệ thống thủy sinh và trong xử lý nước thải[10]...............16
Hình 2.3. Nhóm thực vật trôi nổi trong môi trường tự nhiên ...................................17
Hình 2.4. Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm trong nước .......................................17
Hình 2.5. Nhóm thực vật thủy sinh sống nửa chìm nửa nổi trong nước ...................18
Hình 2.6. Bèo lục bình và các sản phẩm làm từ bèo .................................................19
Hình 2.7. Đường đi loại bỏ chất rắn trong hệ thống hồ thủy sinh ............................21
Hình 2.8. Đường đi loại bỏ Nitơ trong hệ thống hồ thủy sinh ..................................24
Hình 2.9. Đường đi loại bỏ Phốt pho trong hệ thống hồ thủy sinh ...........................25
Hình 2.10. Mô hình ứng dụng xử lý NTSH trên thế giới ..........................................29
Hình 2.11. Mô hình xử lý NTSH tại các Xã Minh Nông, Bến Gót - TPViệt Trì .....30
Hình 2.12. Mô Nghiên cứu xử lý Nitơ, Phốt pho trong nước sông Tô Lịch.............31
Hình 2.13. Xử lý NTSH bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng .........33
Hình 3.1. Sơ đồ qui trình nghiên cứu ........................................................................34
Hình 3.2. Vị trí khu vực khảo sát và điểm lấy mẫu nước thải nghiên cứu ...............35
Hình 3.3. Sơ đồ mô hình thí nghiệm .........................................................................36
Hình 3.4. Mô hình thí nghiệm thực tế .......................................................................36
Hình 3.5. Điểm lấy mẫu và dụng cụ lấy mẫu ............................................................38
Hình 4.1. Bèo được nuôi thả thích nghi với môi trường nhân tạo ............................45
Hình 4.2. Sinh trưởng và phát triển của bèo lục bình trong môi trường nhân tạo ....45
Hình 4.3. Thời gian thu hoạch bèo và khối lượng bèo thu hoạch .............................47
Hình 4.4. Biến thiên hàm lượng SS theo thời gian ...................................................48
Hình 4.5. Biến thiên hàm lượng COD theo thời gian ...............................................50
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa hàm lượng COD, BOD5 với nhiệt độ ...........................52
Hình 4.7. Biến thiên hàm lượng Tổng Nitơ theo thời gian .......................................53
Hình 4.8. Biến thiên hàm lượng NH4+ theo thời gian ...............................................54
Hình 4.9. Biến thiên hàm lượng tổng PO43- theo thời gian .......................................57
Hình 5.1. Hiện trạng kênh thu gom nước thải ...........................................................68
Hình 5.2. Quá trình phân tích trong phòng thí nghiệm .............................................68
Hình 5.3 Công tác lấy mẫu và vận chuyển mẫu........................................................68
5
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
MỞ ĐẦU
Do xu thế phát triển của xã hội với quá trình đô thị hóa đang diễn ra trên các
tỉnh thành, sự phát triển ồ ạt của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, các nhà máy,
khu công nghiệp, sự mở rộng vùng kinh tế mới dẫn tới sự ô nhiễm môi trường bởi
rác thải, khí thải và nước thải. Tại các khu đô thị, lượng nước thải phát sinh từ các
hoạt động của con người ngày càng tăng. Còn tại các thành phố lớn của nước ta,
phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông thôn đều chưa
được xử lý đúng quy cách, nước thải sinh hoạt có hoặc không qua hệ thống xử lý sơ
bộ như các bể tự hoại, sau đó qua hệ thống thu gom, cống rãnh chảy ra ngoài môi
trường. Đa phần các chỉ tiêu đều chưa đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường, đây chính là
nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường sống và lây truyền bệnh tật cho con người
làm ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, khi phần lớn các dự án thoát nước và
xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, nếu có thì cũng mới chỉ hướng tới giải
quyết vấn đề thoát nước mưa và khắc phục tình trạng úng ngập và còn rất khó có
kinh phí để duy trì vận hành, bảo dưỡng hệ thống. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
làm sạch nước thải tại chỗ cho các hộ gia đình hay các cụm dân cư, bằng các công
nghệ phù hợp, vừa đơn giản, có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ
sinh môi trường là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi.
Phương pháp xử lý tự nhiên được biết đến trên thế giới như đất ngập nước,
hồ thủy sinh… là một trong những giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều
kiện tự nhiên, thân thiện môi trường với quá trình tự làm sạch các chất bẩn nhờ các
loại thực vật thủy sinh có sẵn trong môi trường vẫn đạt hiệu suất cao, chi phí thấp,
đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường
của địa phương.
Tại Việt Nam, công nghệ này còn rất mới mẻ nhưng có thể áp dụng được
trong xử lý nước thải các ao, hồ sẵn có trong tự nhiên hay nhân tạo, sinh khối thực
vật. Bùn phân hủy của nước thải sau khi xử lý trong hồ có thể tạo thành các sản
6
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
phẩm có giá trị kinh tế. Với yêu cầu nghiên cứu áp dụng vào thực tế tác giả đã thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện
Từ Liêm bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”.
Mục tiêu của đề tài do tác giả thực hiện là nghiên cứu, đánh giá khả năng
thực tế của cây bèo lục bình, có tên khoa học là Eichhornia crassipes trong việc xử
lý các chất ô nhiễm có trong nước thải. Quá trình thực nghiệm dựa trên việc tính
toán, xây dựng mô hình hồ thủy sinh, thả nuôi thực vật trong phòng thí nghiệm, với
nguồn nước thải được lấy trên hệ thống mương thu gom nước thải khi đổ ra sông
Nhuệ, được vận chuyển chạy mô hình liên tục theo thời gian.
7
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NƯỚC THẢI SINH HOẠT & HIỆN TRẠNG Ô
NHIỄM NƯỚC THẢI TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
I.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt và ảnh hưởng của nó tới môi trường
I.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt
Nước thải theo định nghĩa là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của
con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường chúng được
phân loại theo nguồn gốc phát sinh và đây cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện
pháp và công nghệ xử lý.
Tại các thành phố lớn, các khu dân cư tập trung nước thải phát sinh trong quá
trình hoạt động của con người được thu gom vào các hệ thống thoát nước được gọi
chung là nước thải đô thị. Đây là hỗn hợp của các loại nước thải gồm NTSH (nước
thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học) và
nước thải công nghiệp (nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp nhưng
trong đó cũng bao gồm NTSH). [4,6]
Các đặc trưng cơ bản của NTSH
▪ Đặc trưng lưu lượng: lưu lượng nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị thường
được lấy từ 80 90% tiêu chuẩn lượng nước cấp phục vụ cho sinh hoạt với đơn vị
l/người.ngày. Theo TCXDVN 33 : 2006, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tai các khu
đô thi loại I đến loại III từ 80 160 l/người.ngày.
▪ Đặc trưng vật lý: là hàm lượng chất rắn hòa tan bao gồm các chất rắn nổi, lơ
lửng, keo và tan trong nước thải; màu; mùi nhiệt độ. Trong đó, giá trị tổng chất rắn
hòa tan là đặc trưng quan trọng nhất.
▪ Đặc trưng hóa học: là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như:
cacbonhydrat, protein, lipit; các chất vô cơ giàu dinh dưỡng cho sinh vật như: Nitơ,
Photphat, các chất khí sinh ra trong quá trình phân hủy chất thải sinh hoạt như H2S, NH3.
▪ Đặc trưng sinh học: là các loại động vật, thực vật sống trong môi trường
nước thải, trong hệ thống nước thải; các loại vi khuẩn, kí sinh trùng có khả năng gây
bệnh như các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, trứng giun...
8
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
▪ Thành phần vô cơ, hữu cơ khác: trong NTSH có khoảng 52% là các chất hữu
cơ còn lại 48% là các các chất vô cơ.
Bảng 1.1. Thông số cơ bản theo QCVN 14:2008/BTNMT - 40:2011/BTNMT
và phân chia mức độ ô nhiễm của NTSH theo APHA [6]
QCVN 14 QCVN 40
APHA
Thông số 2008/BTNMT 2011/BTNMT
Nặng TB Thấp A B A B
Tổng Chất rắn hòa tan (TDS), mg.l 700 350 120 500 1.000 - -
Tổng chất răn lơ lửng (TSS), mg.l 600 350 120 50 100 50 100
Nitơ Amoni, mg/l 50 30 15 5 10 - -
Nitơ Nitrit, mg/l 0,1 0,05 0 - - - -
Nitơ Nitrat, mg/l 0,4 0,2 0,1 30 50 - -
Tổng Nitơ, mg/l - - - - - 20 40
3-
Phosphat PO4 - - - 6 10 - -
Tổng Phốt Pho, mg/l - 8 - - - 4 6
BOD5, mg/l 300 200 100 30 50 30 50
COD, mg/l - - 75 150
pH - - - 5 9 5 9 6 9 5,5 9
Tổng Coliforms, MPN/100 ml 3.000 5.000 3.000 5.000
I.1.2. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường
Nước thải chưa qua xử lý hay đã xử lý nhưng chưa đạt tiêu chuẩn sẽ có khả
năng ảnh hưởng trực tiếp tới các nguồn tiếp nhận nước như với các dòng chảy mặt
(ao hồ, sông suối), các tầng chứa nước dưới đất.
▪ Với dòng chảy trên mặt:
Nếu trong nước thải có hàm lượng dinh dưỡng, các chất hữu cơ cao như
COD, BOD khi bị thải vào các dòng chảy tự nhiên sẽ diễn ra các quá trình khoáng
hóa, và các quá trình ổn định chất hữu cơ. Quá trình này cần tiêu thụ một lượng lớn
oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến sự thiếu hụt oxy, làm hình thành điều kiện yếm
khí, tạo ra các các sản phẩm khí như: H2S, NH3, CH4… làm cho dòng nước tiếp
nhận có mùi hôi thối, dòng chảy đổi màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan.
Khi thành phần dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho quá cao sẽ dẫn tới hiện tượng phú
dưỡng hóa, đây là nguyên nhân gây nên sự bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng
độ oxy trong nước giảm xuống thấp, gây ngạt, gây chết các loại động vật thuỷ sinh.
9
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
Các chất dầu mỡ sẽ ngăn cản quá trình khuếch tán oxy trên bề mặt vào dòng
nước, làm giảm nồng độ oxy trong nước.
Với các chất rắn lơ lửng khi được vận chuyển trong kênh mương, ống cống
sẽ bị lắng đọng trong dòng chảy tạo điều kiện cho quá trình phân hủy yếm khí.
Vi khuẩn gây bệnh như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da… thông qua môi
trường nước thải có thể bị lây truyền từ khu vực này đến khu vực khác.
Bảng 1.2. Mức độ ô nhiễm BOD5 trong nước sông nội thị TP Hà Nội [5]
Sông Hàm lượng BOD5 vượt tiêu chuẩn cho phép
Sông Tô lịch 7,13 lần
Sông Kim Ngưu 6,64 lần
Sông Sét 2,84 lần
Sông Lừ 5,28 lần
Theo thống kê trên địa bàn Hà Nội có khoảng 156 hồ lớn nhỏ với độ sâu
trung bình 1,5 3m theo đánh giá có khả năng tự làm sạch lớn. Tuy nhiên, có nhiều
hồ đã và đang bị ô nhiễm nặng do quá trình phải trực tiếp nhận nước thải có lưu
lượng và mức độ ô nhiễm cao xả vào, như hồ Văn Chương, Linh Quang, hồ Giám,
độ sâu của đáy hồ bị suy giảm do lớp bùn bị lắng đọng trầm tích, chỉ còn khoảng
0,5 1m, đồng thời diện tích của hộ cũng bị thu hẹp dần.
▪ Với nước dưới đất:
Các chất ô nhiễm có trong nước thải sẽ được tích tụ vào các lớp đất trầm tích
và dần ngấm vào môi trường đất đá, xâm nhập vào tầng chứa nước bên trên và gây
ô nhiễm cho các tầng chứa nước theo thời gian.
Theo các tài liệu quan trắc thành phần hóa học trong nước dưới đất của tầng
chứa nước Holocen và Pleistocen trong những năm gần đây cho thấy, nước ngầm
đang dần bị ô nhiễm bởi các hợp chất vô cơ, hợp chất hữu cơ và nhiễm bẩn vi sinh.
Ví dụ: amoni (NH4+) trong tầng chứa nước Holocen tại khu vực Hà Đông có hàm
lượng cao trên 100 mg/l. Một số khu vực khác như Nam Dư, huyện Thanh Trì với
những điểm ô nhiễm Hoàng Mai, Quỳnh Lôi cao gấp 10 20 lần so với mức cho
phép. Khu vực Hạ Đình, Pháp Vân, Định Công, Kim Giang, Bạch Mai, Bách Khoa,
Kim Liên, Quỳnh Mai cao hơn 20 30 lần QCVN cho phép. Theo đánh giá nguồn
10
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
gốc chủ yếu được sinh ra từ các vật chất hữu cơ, xác động vật, chất thải lỏng và rắn
bị thải ra trên bề mặt đất, theo dòng chảy mặt di chuyển, xâm nhập vào tầng chứa
nước và làm ô nhiễm tầng chứa nước.
I.2. Nước thải thành phố Hà nội và hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu
I.2.1. Nước thải thành phố Hà nội
Thành phố Hà Nội theo Nghị quyết số 15/2008/NQ - QH12 của Quốc hội về
việc mở rộng địa giới hành chính Thủ đô, năm 2008, có diện tích tự nhiên là 3.334,
47km2, dân số 6,2 triệu người với 29 đơn vị hành chính Quận, Huyện, Thị xã và 577
đơn vị hành chính cấp xã, phường, thị trấn. Tỷ lệ đô thị hoá trên địa bàn thành phố
Hà Nội (cũ) 70%, tỉnh Hà Tây (trước đây) là 13%, tính trung bình toàn thành phố
sau mở rộng đô thị hoá khoảng 40%.
Theo con số thống kê trong Báo cáo Chất lượng môi trường và biện pháp bảo
vệ môi trường của thành phố Hà Nội năm 2010 [5]:
▪ Nước thải công nghiệp: trên toàn Thành phố hiện có 26 khu công nghiệp, 40
50 cụm điểm công nghiệp làng nghề đã và đang xây dựng. Tổng khối lượng nước
thải công nghiệp ước tính 100.000 120.000 m3/ngày đêm. Trong đó, chỉ có 3 khu
công nghiệp tập trung là khu Bắc Thăng Long, Phú Nghĩa, Quang Minh 1 và 2, cụm
công nghiệp Ngọc Hồi và Phùng Xá có hệ thống xử lý nước thải tập trung, còn lại
phần lớn các cơ sở sản xuất đều không có trạm xử lý nước thải.
▪ Nước thải sinh hoạt: tổng lượng nước thải sinh hoạt khu vực nội thành, nội
thị khoảng 700.000 m3/ngày đêm phần lớn chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại
trước khi xả vào các tuyến cống chung hoặc kênh, mương, ao hồ. Hiện tại, trên địa
bàn thành phố có 4 trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung với công suất thiết kế
đạt 48.500 m3/ngày đêm chiếm 6,9% là: Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long -
Vân Trì, Khu đô thị mới Mỹ Đình và Trạm Yên Sở đang xây dựng.
▪ Nước thải bệnh viện: tổng số 48 bệnh viện và trung tâm y tế do thành phố
quản lý nhưng mới chỉ có 8 cơ sở có hệ thống xử lý nước thải đang hoạt động, một
số bệnh viện đang trong giai đoạn xây dựng hệ thống xử lý, còn lại lượng nước thải
bệnh viện không được xử lý, thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước chung.
11
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
Trước sự phát triển nhanh của các hoạt động kinh tế xã hội, sự ra đời hàng
loạt các khu đô thị, các khu công nghiệp cùng với các hoạt động tiểu thủ công
nghiệp và chất thải bệnh viện, các khu dân cư đông đúc, các làng nghề… mà nước
thải của các hoạt động đó hầu như chưa được xử lý đã đổ thẳng ra sông, hồ làm chất
lượng môi trường nước sông, hồ biến đổi theo chiều hướng tiêu cực và xu thế bị ô
nhiễm mỗi ngày một tăng cao.
I.2.2. Hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận xóm 6 xã Đông Ngạc, Huyện Từ Liêm,
với kênh nước thải của các hộ dân sống trên khu vực, các khu nhà trọ cho thuê của
sinh viên, khu làm việc của trường Đại học Mỏ - Địa chất, một số cơ quan, công ty
khác có trên khu vực.
Theo kết quả điều tra tai khu vực có khoảng 172 hộ gia đình với số nhân
khẩu 660 người, số sinh viên thuê trọ từ 1.155 đến 1.500 sinh viên theo thời điểm
và tại khu vực không có hệ thống xử lý nước thải tập trung nào.
21º 4' 48.6''
105º 46' 37''
: Sông Nhuệ
: Vị trí lấy mẫu
: Kênh nước thải
21º 4' 16.5''
105º 46'' 15.2''
Hình 1.1. Kênh thu gom nước thải và vị trí lấy mẫu nghiên cứu
Nước thải từ các hộ dân được thải vào hệ thống ống cống chìm thu gom nước
thải, sau đó được dẫn đến đổ vào hệ thống kênh hở với các hộ dân ở xa. Còn đối với
các hộ dân ở hai bên kênh dẫn nước thải thì NTSH được thải trực tiếp vào kênh thu
12
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
nước thải, sau đó được thải đổ trực tiếp vào sông Nhuệ. Kết quả phân tích đánh giá
chất lượng nước thải tại khu vực nghiên cứu được trình bày trong Bảng 1.3:
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nước thải tại khu vực nghiên cứu giai đoạn tháng 11
năm 2011 đến tháng 2 năm 2012
TT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Kết quả đo
1 pH - 6,9 7,3
2 DO oxy hòa tan mg/l 1,2
3 BOD5 mg/l 64 95
4 COD mg/l 96 135
5 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 90 140
+
6 Amoni (NH4 tính theo N) mg/l 12,6 21,0
7 Tổng Nitơ (TNK) mg/l 31 37
8 Phosphat (PO4 ) 3-
mg/l 2,4 7,26
9 Phốt pho tổng mg/l 16 32
10 Tổng Coliforms MPN/100ml ≥ 9.000
Theo kết quả phân tích mẫu nước thải tại khu vực nghiên cứu cho thấy môi
trường nước ở khu vực đã và đang bị ô nhiễm, dòng nước chảy có màu đen đục, bốc
mùi hôi thối, khó chịu. Nguyên nhân chính bởi nước thải không được xử lý, người
dân chưa có ý thức trong việc giữ gìn vệ sinh chung, xả trực tiếp nước thải sinh hoạt
xuống dòng chảy và vất các loại rác thải xuống kênh mương, gây tắc nghẽn và ô
nhiễm môi trường.
13
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
HỒ THỦY SINH THẢ BÈO LỤC BÌNH
II.1. Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
Theo Ronald W. Crites [11] xử lý nước thải theo cách tự nhiên là phương
pháp chủ yếu dựa trên các các hợp phần tự nhiên, các phản ứng của tự nhiên như
vật lý, hóa học và thành phần sinh học. Hiệu quả của quá trình xử lý không phụ
thuộc vào các nguồn năng lượng bên ngoài để duy trì mà chủ yếu dựa vào các tác
dụng của thành phần tự nhiên để đạt được hiệu quả mục đích. Tại Mỹ cho đến năm
1972 việc thông qua đạo luật về nước sạch PL 92 - 500 việc phát triển phương pháp
xử lý tự nhiên được phát triển mạnh mẽ.
Dựa theo đặc điểm và hình thái phương pháp xử lý mà phương pháp tự nhiên
được chia làm các cách sau: Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây và
Phương pháp hồ thủy sinh.
II.1.1. Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây
Theo định nghĩa đất ngập nước là các vùng đầm lầy, vùng nước tù đọng tự
nhiên bị ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, thường có mực nước ngầm
nằm sát mặt đất. Đây là vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và những
hệ sinh thái thủy sinh, trong đó nước có thể là nước mặn, lợ hay nước nhạt có thể ở
trạng thái tĩnh hoặc vận động theo dòng chảy.
Phương pháp đất ngập nước được sử dụng để cải thiện chất lượng nước đã
được biết đến vào những thập kỷ 20 của thế kỷ trước, nhưng hầu hết là các vùng đất
ngập nước tự nhiên (U.S. EPA, 1999).
Phương pháp bãi lọc trồng cây hay còn gọi là đất ngập nước nhân tạo, được
nghiên cứu xây dựng để xử lý nước thải bắt đầu vào những năm 1950 ví dụ ở Đức -
Seidel, 1976, ở Hoa kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển mạnh trong
những năm 1990. Phương pháp này được xây dựng và được áp dụng rộng rãi không
chỉ để xử lý nước thải đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu công nghiệp,
14
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
vùng khai khoáng và nước thải nông nghiệp. Hình 2.1 là một ví dụ cho mô hình cho
bãi lọc trồng cây ngập nước với dòng chảy trên mặt trong xử lý nước thải.
Thảm thực vật nổi
Vùng nước Vùng nước
sâu đầu vào sâu đầu ra
Nước thải
đầu vào Khống chế
mực nước
Nước thải
đầu ra
Vùng rễ cây Đáy cách nước
Hình 2.1. Mô hình đất ngập nước - bãi lọc trồng cây với dòng chảy mặt
Hệ thống xử lý thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên hay
nhân tạo, cách xa khu dân cư và ở cuối hướng gió. Thành phần đất đá trong bãi lọc
có thể là đất loại cát, sét lẫn cuội sỏi hệ số thấm vừa đủ để nước có thể thấm qua.
Việc xử lý nước thải dựa trên khả năng giữ cặn trong các lớp đất đá, nước thải thấm
qua các lớp đất đá tương tự các lớp lọc, cùng với sự có mặt của oxy trong các lỗ
hổng, mao quản do rễ cây đưa vào kích thích quá trình phân hủy hiếu khí của các vi
sinh vật mà nhờ đó xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ.
Phương pháp này vừa có thể xử lý nước thải vừa tưới bón cây trồng, tùy
thuộc vào chức năng nào là chính và có thể chia làm cánh đồng lọc - cánh đồng tưới
nông nghiệp hay chỉ làm chức năng xử lý nước thải gọi là bãi lọc trồng cây.
II.1.2. Phương pháp hồ thủy sinh
Hồ thủy sinh là một hay hệ thống các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân
tạo dùng để chứa nước hoặc tuần hoàn nước, trong đó có phát triển các loại thực vật
thủy sinh, tảo. Trong hồ diễn ra các quá trình tự làm sạch các chất bẩn nhờ thực vật
thủy sinh, vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên với nguyên tắc vi sinh vật sử dụng oxy
được cung cấp bởi quá trình quá trình quang hợp, oxy được đưa vào môi trường
nước qua thân và rễ thực vật thủy sinh, hệ thực vật có tác dụng là giá thể cho vi sinh
vật bám dính phát triển hay màng lọc tự nhiên.
Đây được xem là phương pháp thân thiện môi trường, có thể đạt hiệu suất
cao, chi phi thấp, có tính gia tăng giá trị đa dạng sinh học, có khả năng cải tạo cảnh
15
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
quan môi trường sống. Các sản phẩm của sinh khối thực vật, bùn thải sau xử lý có
thể tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế.
2 Xử lý cấp 2
1 Thông thường AP
U
Xử lý cấp 2 AP
2 AP
U AP
1 Thông thường
U U
AP AP
2 APU
1 U U
Tái sử dụng
Nước thải
APU
Xả thải
2 Xử lý cấp 3
1 APU Thông thường
APU
2 APU AP
1
APU U
AP
1 AP APU UAP AP
U APU U U
AP AP AP
U U U
Xử lí cấp 1 Xử lí cấp 2 Xử lí cấp 3
1 Lọc và tán nhỏ; 2 Lắng sơ cấp; AP Hệ thống thủy sinh
U
AP
Hình 2.2. Cách lựa chọn hệ thống thủy sinh và
U trong xử lý nước thải[10]
II.2. Nhóm thực vật thủy sinh và tác dụng của chúng trong hệ thống xử lý tự nhiên
II.2.1. Nhóm thực vật thủy sinh
II.2.1.1. Nhóm thực vật sống trôi nổi trên mặt nước
Đây là loài thực vật phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần: phần lá
và thân mềm nổi trên bề mặt nước, nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp thực hiện các
quá trình quang hợp; phần dưới nước là bộ rễ thường là loại rễ chùm, phát triển
trong nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và hấp thụ các vật chất khác vào cây.
Nhóm thực vật này nổi trên mặt nước, thường chuyển động theo gió, sóng và
dòng chảy. Khi chuyển động bộ rễ quét sâu trong nước, tạo điều kiện cho các chất
dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ. Mặc khác, rễ của
các loài thực vật này như là những giá thể để các loại vi sinh vật bám dính và phát
16
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
triển ở đó, thực hiện quá trình phân huỷ hay các quá trình vô cơ hoá các chất hữu cơ
trong nước thải. Một số loại có nhiều ở Việt Nam như: bèo lục bình (Eichhornia
crassipes), bèo cái (Pistia stratiotes), rau muống (Ipomoea aquatica)… Hình 2.3 mô tả sự
tồn tại và phát triển của một số thực vật thủy sinh sống trôi nổi trong môi trường tự nhiên:
Hình 2.3.a) Bèo lục bình Hình 2.3.b) Rau muống
Hình 2.3. Nhóm thực vật trôi nổi trong môi trường tự nhiên
II.2.1.2. Nhóm thực vật chìm trong nước
Đây là nhóm thủy thực vật phát triển toàn bộ dưới mặt nước, chúng chỉ phát
triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Phần thân, lá trôi nổi trong dòng nước,
phần rễ bám vào đất ngập trong nước. Chúng có khả năng nhận các chất dinh dưỡng
có trong đất và trong nước để phát triển, còn phần lá gần mặt nước thực hiện quá
trình quang hợp. Theo đánh giá nhóm thực vật này gây nên các tác hại như làm tăng
độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước và không có
nhiều hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải. Một số loại thường thấy như: rong
tóc tiên, rong đuôi chồn – Hydrilla verticillata, rong đuôi chó - Ceratophyllum…
Hình 2.4.a) Rong đuôi chó Hình 2.4.b) Rong đuôi chồn
Hình 2.4. Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm trong nước
17
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
II.2.1.3. Nhóm thực vật nửa chìm nửa nổi
Đây là loại thủy thực vật có rễ bám vào đất, một phần thân ngập trong nước,
một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước. Phần rễ bám
vào đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên
lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Loại này thường sống ở những
nơi có chế độ thủy triều ổn định. Việc làm sạch môi trường nước chủ yếu ở phần
lắng ở đáy lưu vực nước. Một số loại thường gặp như cỏ đuôi mèo - Typha, sậy -
Reed, cỏ lõi bấc - Cyperaceae. Hình 2.5 mô tả sự phát triển của một số thực vật nửa
chìm nửa nổi trong môi trường tự nhiên.
Hình 2.5.a) Cỏ đuôi mèo Hình 2.5.b) Cỏ lõi bấc
Hình 2.5. Nhóm thực vật thủy sinh sống nửa chìm nửa nổi trong nước
II.2.2. Tác dụng của thực vật thủy sinh với hệ thống tự nhiên
Bộ rễ, thân của các loại thực vật này được coi như một giá thể rất tốt hay được
coi như một chất mang đối với vi sinh vật, để có thế bám dính vào sau đó phát triển
và thực hiện quá trình ổn định chất thải. Bằng sự di chuyển do gió, dòng nước các
loại thực vật trôi nổi sẽ di chuyển các vi sinh vật từ vị trí này đến vị trí khác trong
dòng nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hoá vật chất có trong nước giúp làm
tăng hiệu quả xử lý của vi sinh vật nước. Ta có thể xem mối quan hệ giữa vi sinh
vật và thực vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh, đem lại sức sống tốt hơn cho cả
hai nhóm sinh vật và có tác dụng xử lý tăng cao. Chúng còn có tác dụng hấp thụ các
kim loại nặng, chất dinh dưỡng trong môi trường nước, một số loại có tính năng
khử trùng và chống ô nhiễm.
Phương pháp sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều
trường hợp không cần cung cấp năng lượng để có thể chạy liên tục, thường hay
18
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
dùng ở những vùng không có điện, công tác thực hiện dễ dàng. Đây là phương pháp
có thể áp dụng cho các vùng nông thôn, các trang trại nhỏ… thậm chí đối với các
vùng đô thị của một số quốc gia phát triển, đang phát triển có thể dùng thực vật thủy
sinh này để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp. Ngoài mục đích này
sản phẩm tạo ra được thu hoạch để sử dụng trực tiếp như làm thức ăn gia súc, hoặc
gián tiếp để tạo ra các sản phẩm như sản xuất giấy, sản xuất khí sinh học, sản xuất
phân compost và dùng để cải tạo cảnh quan.
II.2.3. Một số đặc điểm của bèo lục bình
Bèo lục bình có tên khoa học - Eichhornia crassipes là một loài thực vật thuỷ
sinh, thân thảo, sống nổi theo dòng nước, có chiều cao trung bình khoảng 30 cm với
dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt; cuống lá nở phình ra như bong
bóng xốp, ruột giúp cây bèo nổi trên mặt nước. Rễ bèo có cấu tạo dạng lông vũ sắc
đen, buông rủ xuống nước, có thể dài đến 1m không gắn liền vào đất. Tốc độ sinh
trưởng nhanh, số lượng có thể tăng gấp đôi sau mỗi 2 tuần. Phần thân và lá cây nổi
trên mặt nước tiếp nhận trực tiếp ánh sáng mặt trời, phần rễ và thân ngập nước là
môi trường thích hợp để cho vi sinh vật ổn định chất thải.
Bèo lục bình thường mọc nổi trên mặt nước hay bám vào đất bùn của các
vùng nước ngọt, sinh trưởng và phát triển tồn tại ở nhiệt độ từ 10 40°C nhưng
sinh trưởng mạnh nhất ở nhiệt độ 20 30°C. Ở Việt Nam, lục bình thường phát
triển ở các ao hồ, ven sông thành quần thể sát bờ sông hoặc kênh rạch.
Theo đánh giá của nhiều nghiên cứu nó có tác dụng hấp thụ những kim loại
nặng như: chì, thủy ngân, làm sạch nước… và được dùng để loại trừ ô nhiễm môi
trường nước.
Hình 2.6. Bèo lục bình và các sản phẩm làm từ bèo
19
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---***---
PHẠM KHÁNH HUY
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
CỦA MỘT KHU DÂN CƯ TẠI HUYỆN TỪ LIÊM
BẰNG MÔ HÌNH HỒ THỦY SINH
NUÔI BÈO LỤC BÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Người hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN PHẠM HỒNG LIÊN
Hà Nội - 2013
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ....................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. 5
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 6
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NƯỚC THẢI SINH HOẠT & HIỆN TRẠNG Ô
NHIỄM NƯỚC THẢI TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ........................................... 8
I.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt và ảnh hưởng của nó tới môi trường ........................ 8
I.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt ...................................................................................8
I.1.2. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường .................................................................9
I.2. Nước thải thành phố Hà nội và hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu .......... 11
I.2.1. Nước thải thành phố Hà nội ........................................................................... 11
I.2.2. Hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu ................................................... 12
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
HỒ THỦY SINH THẢ BÈO LỤC BÌNH ................................................................. 14
II.1. Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh .................. 14
II.1.1. Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây .................................................. 14
II.1.2. Phương pháp hồ thủy sinh .................................................................................... 15
II.2. Nhóm thực vật thủy sinh và tác dụng của chúng trong hệ thống xử lý tự nhiên .......... 16
II.2.1. Nhóm thực vật thủy sinh ....................................................................................... 16
II.2.2. Tác dụng của thực vật thủy sinh với hệ thống tự nhiên ...................................... 18
II.2.3. Một số đặc điểm của bèo lục bình ........................................................................ 19
II.3. Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình ............................. 20
II.3.1. Cơ chế loại bỏ chất rắn [10,11,12] ....................................................................... 20
II.3.2. Cơ chế loại bỏ chất hữu dễ phân hủy COD và BOD [10,11] ............................. 21
II.3.3. Cơ chế loại bỏ Nitơ [3,10,11] ............................................................................... 22
II.3.4. Cơ chế loại bỏ Photpho [3,10,11] ......................................................................... 25
II.3.5. Loại bỏ Kim loại nặng[10,11] ............................................................................. 26
II.3.6. Loại bỏ vi khuẩn vi rút [10,11] ............................................................................. 26
1
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
II.3.7. Các yếu tố chung khác ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của hồ thủy sinh............. 27
II.4. Cơ sở thiết kế mô hình xử lý ................................................................................. 27
II.4.1. Qui chuẩn thiết kế hồ thủy sinh ............................................................................ 27
II.4.2. Thông số cơ bản thiết kế hệ thống........................................................................ 28
II.4.3. Một số kết quả nghiên cứu thực tiễn trên thế giới ............................................... 29
II.4.4. Một số kết quả nghiên cứu thực tiễn trong nước ................................................. 30
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 34
III.1. Qui trình nghiên cứu ............................................................................................ 34
III.2. Khảo sát nước thải tại khu vực nghiên cứu ......................................................... 35
III.3. Thiết lập mô hình ................................................................................................. 35
III.4. Nuôi thả bèo lục bình ........................................................................................... 37
III.5. Lấy mẫu ................................................................................................................ 37
II.5.1. Lấy mẫu nước thải chạy mô hình ......................................................................... 37
II.5.2. Lấy mẫu nước thải dùng cho phân tích ................................................................ 39
II.5.3. Lấy mẫu phân tích bèo .......................................................................................... 39
III.6. Phân tích mẫu ....................................................................................................... 40
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ........................................................... 44
IV.1. Kết quả theo dõi sự phát triển của bèo lục bình ................................................... 44
IV.2 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm ........................................................................... 47
IV.2.1. Hiệu quả xử lý SS ................................................................................................ 47
IV.2.2. Hiệu quả xử lý với các chất hữu cơ COD, BOD5 .............................................. 49
IV.2.3. Hiệu quả xử lý Ni tơ ............................................................................................ 53
IV.2.4. Hiệu quả xử lý Phốt pho ...................................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 61
PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH .......................................................................... 63
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... 68
2
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
BOD5 Nhu cầu ôxy sinh hóa
BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường
COD Nhu cầu ôxy hóa học
DO Oxy hòa tan
HAR Tải trọng thủy lực thực tế
HLR Tải trọng thủy lực
HRT Thời gian lưu thủy lực
NTSH Nước thải sinh hoạt
NXB Nhà xuất bản
OLR Tải trọng hữu cơ
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SS Chất rắn lơ lửng
TKN Tổng Nitơ Kejldahl
TP Tổng phốt pho
VSV Vi sinh vật
3
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số cơ bản theo QCVN 14:2008/BTNMT - 40:2011/BTNMT
và phân chia mức độ ô nhiễm của NTSH theo APHA [6] .........................................9
Bảng 1.2. Mức độ ô nhiễm BOD5 trong nước sông nội thị TP Hà Nội [5] ..............10
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nước thải tại khu vực nghiên cứu giai đoạn tháng 11
năm 2011 đến tháng 2 năm 2012 ..............................................................................13
Bảng 2.1. Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong hệ thống thủy sinh[10] ................20
Bảng 2.2.Tiêu chuẩn thiết kế hồ thủy sinh trong xử lý nước thải .............................28
Bảng 2.3. Tóm tắt các nghiên cứu ứng dụng phương pháp hồ thủy sinh trong xử lý
nước thải sinh hoạt trên thế giới[10] .........................................................................30
Bảng 2.4. Kết quả xử lý Nitơ và Phốt pho trong nước thải sông Tô Lịch ................32
Bảng 3.1. Khối lượng NTSH được lấy qua các giai đoạn vận hành .........................38
Bảng 3.2. Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ...........................................................40
Bảng 4.1. Quan sát sự phát triển của bèo ..................................................................44
Bảng 4.2. Hàm lượng ô nhiễm SS trong NTSH đầu vào và ra .................................47
Bảng 4.3. Hàm lượng ô nhiễm COD trong NTSH đầu vào và đầu ra ......................49
Bảng 4.4. Hàm lượng ô nhiễm Nitơ và trong NTSH đầu vào và ra ..........................53
Bảng 4.5. Hàm lượng ô nhiễm NH4+ trong NTSH đầu vào và ra .............................54
Bảng 4.6. Hàm lượng ô nhiễm tổng Phốt pho trong NTSH đầu vào và ra ...............56
Bảng 4.7. Hàm lượng ô nhiễm tổng PO43- trong NTSH đầu vào và ra .....................57
Bảng 5.1. Kết quả phân tích giai đoạn chạy tuần hoàn và giai đoạn chạy với thời
gian lưu 18 ngày: .......................................................................................................63
Bảng 5.2. Kết quả phân tích giai đoạn chạy với thời gian lưu 11 ngày: ...................66
4
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Kênh thu gom nước thải và vị trí lấy mẫu nghiên cứu ..............................12
Hình 2.1. Mô hình đất ngập nước - bãi lọc trồng cây với dòng chảy mặt ................15
Hình 2.2. Cách lựa chọn hệ thống thủy sinh và trong xử lý nước thải[10]...............16
Hình 2.3. Nhóm thực vật trôi nổi trong môi trường tự nhiên ...................................17
Hình 2.4. Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm trong nước .......................................17
Hình 2.5. Nhóm thực vật thủy sinh sống nửa chìm nửa nổi trong nước ...................18
Hình 2.6. Bèo lục bình và các sản phẩm làm từ bèo .................................................19
Hình 2.7. Đường đi loại bỏ chất rắn trong hệ thống hồ thủy sinh ............................21
Hình 2.8. Đường đi loại bỏ Nitơ trong hệ thống hồ thủy sinh ..................................24
Hình 2.9. Đường đi loại bỏ Phốt pho trong hệ thống hồ thủy sinh ...........................25
Hình 2.10. Mô hình ứng dụng xử lý NTSH trên thế giới ..........................................29
Hình 2.11. Mô hình xử lý NTSH tại các Xã Minh Nông, Bến Gót - TPViệt Trì .....30
Hình 2.12. Mô Nghiên cứu xử lý Nitơ, Phốt pho trong nước sông Tô Lịch.............31
Hình 2.13. Xử lý NTSH bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng .........33
Hình 3.1. Sơ đồ qui trình nghiên cứu ........................................................................34
Hình 3.2. Vị trí khu vực khảo sát và điểm lấy mẫu nước thải nghiên cứu ...............35
Hình 3.3. Sơ đồ mô hình thí nghiệm .........................................................................36
Hình 3.4. Mô hình thí nghiệm thực tế .......................................................................36
Hình 3.5. Điểm lấy mẫu và dụng cụ lấy mẫu ............................................................38
Hình 4.1. Bèo được nuôi thả thích nghi với môi trường nhân tạo ............................45
Hình 4.2. Sinh trưởng và phát triển của bèo lục bình trong môi trường nhân tạo ....45
Hình 4.3. Thời gian thu hoạch bèo và khối lượng bèo thu hoạch .............................47
Hình 4.4. Biến thiên hàm lượng SS theo thời gian ...................................................48
Hình 4.5. Biến thiên hàm lượng COD theo thời gian ...............................................50
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa hàm lượng COD, BOD5 với nhiệt độ ...........................52
Hình 4.7. Biến thiên hàm lượng Tổng Nitơ theo thời gian .......................................53
Hình 4.8. Biến thiên hàm lượng NH4+ theo thời gian ...............................................54
Hình 4.9. Biến thiên hàm lượng tổng PO43- theo thời gian .......................................57
Hình 5.1. Hiện trạng kênh thu gom nước thải ...........................................................68
Hình 5.2. Quá trình phân tích trong phòng thí nghiệm .............................................68
Hình 5.3 Công tác lấy mẫu và vận chuyển mẫu........................................................68
5
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
MỞ ĐẦU
Do xu thế phát triển của xã hội với quá trình đô thị hóa đang diễn ra trên các
tỉnh thành, sự phát triển ồ ạt của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, các nhà máy,
khu công nghiệp, sự mở rộng vùng kinh tế mới dẫn tới sự ô nhiễm môi trường bởi
rác thải, khí thải và nước thải. Tại các khu đô thị, lượng nước thải phát sinh từ các
hoạt động của con người ngày càng tăng. Còn tại các thành phố lớn của nước ta,
phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông thôn đều chưa
được xử lý đúng quy cách, nước thải sinh hoạt có hoặc không qua hệ thống xử lý sơ
bộ như các bể tự hoại, sau đó qua hệ thống thu gom, cống rãnh chảy ra ngoài môi
trường. Đa phần các chỉ tiêu đều chưa đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường, đây chính là
nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường sống và lây truyền bệnh tật cho con người
làm ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, khi phần lớn các dự án thoát nước và
xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, nếu có thì cũng mới chỉ hướng tới giải
quyết vấn đề thoát nước mưa và khắc phục tình trạng úng ngập và còn rất khó có
kinh phí để duy trì vận hành, bảo dưỡng hệ thống. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
làm sạch nước thải tại chỗ cho các hộ gia đình hay các cụm dân cư, bằng các công
nghệ phù hợp, vừa đơn giản, có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ
sinh môi trường là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi.
Phương pháp xử lý tự nhiên được biết đến trên thế giới như đất ngập nước,
hồ thủy sinh… là một trong những giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều
kiện tự nhiên, thân thiện môi trường với quá trình tự làm sạch các chất bẩn nhờ các
loại thực vật thủy sinh có sẵn trong môi trường vẫn đạt hiệu suất cao, chi phí thấp,
đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường
của địa phương.
Tại Việt Nam, công nghệ này còn rất mới mẻ nhưng có thể áp dụng được
trong xử lý nước thải các ao, hồ sẵn có trong tự nhiên hay nhân tạo, sinh khối thực
vật. Bùn phân hủy của nước thải sau khi xử lý trong hồ có thể tạo thành các sản
6
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
phẩm có giá trị kinh tế. Với yêu cầu nghiên cứu áp dụng vào thực tế tác giả đã thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện
Từ Liêm bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”.
Mục tiêu của đề tài do tác giả thực hiện là nghiên cứu, đánh giá khả năng
thực tế của cây bèo lục bình, có tên khoa học là Eichhornia crassipes trong việc xử
lý các chất ô nhiễm có trong nước thải. Quá trình thực nghiệm dựa trên việc tính
toán, xây dựng mô hình hồ thủy sinh, thả nuôi thực vật trong phòng thí nghiệm, với
nguồn nước thải được lấy trên hệ thống mương thu gom nước thải khi đổ ra sông
Nhuệ, được vận chuyển chạy mô hình liên tục theo thời gian.
7
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU NƯỚC THẢI SINH HOẠT & HIỆN TRẠNG Ô
NHIỄM NƯỚC THẢI TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
I.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt và ảnh hưởng của nó tới môi trường
I.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt
Nước thải theo định nghĩa là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của
con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường chúng được
phân loại theo nguồn gốc phát sinh và đây cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện
pháp và công nghệ xử lý.
Tại các thành phố lớn, các khu dân cư tập trung nước thải phát sinh trong quá
trình hoạt động của con người được thu gom vào các hệ thống thoát nước được gọi
chung là nước thải đô thị. Đây là hỗn hợp của các loại nước thải gồm NTSH (nước
thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học) và
nước thải công nghiệp (nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp nhưng
trong đó cũng bao gồm NTSH). [4,6]
Các đặc trưng cơ bản của NTSH
▪ Đặc trưng lưu lượng: lưu lượng nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị thường
được lấy từ 80 90% tiêu chuẩn lượng nước cấp phục vụ cho sinh hoạt với đơn vị
l/người.ngày. Theo TCXDVN 33 : 2006, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tai các khu
đô thi loại I đến loại III từ 80 160 l/người.ngày.
▪ Đặc trưng vật lý: là hàm lượng chất rắn hòa tan bao gồm các chất rắn nổi, lơ
lửng, keo và tan trong nước thải; màu; mùi nhiệt độ. Trong đó, giá trị tổng chất rắn
hòa tan là đặc trưng quan trọng nhất.
▪ Đặc trưng hóa học: là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như:
cacbonhydrat, protein, lipit; các chất vô cơ giàu dinh dưỡng cho sinh vật như: Nitơ,
Photphat, các chất khí sinh ra trong quá trình phân hủy chất thải sinh hoạt như H2S, NH3.
▪ Đặc trưng sinh học: là các loại động vật, thực vật sống trong môi trường
nước thải, trong hệ thống nước thải; các loại vi khuẩn, kí sinh trùng có khả năng gây
bệnh như các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, trứng giun...
8
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
▪ Thành phần vô cơ, hữu cơ khác: trong NTSH có khoảng 52% là các chất hữu
cơ còn lại 48% là các các chất vô cơ.
Bảng 1.1. Thông số cơ bản theo QCVN 14:2008/BTNMT - 40:2011/BTNMT
và phân chia mức độ ô nhiễm của NTSH theo APHA [6]
QCVN 14 QCVN 40
APHA
Thông số 2008/BTNMT 2011/BTNMT
Nặng TB Thấp A B A B
Tổng Chất rắn hòa tan (TDS), mg.l 700 350 120 500 1.000 - -
Tổng chất răn lơ lửng (TSS), mg.l 600 350 120 50 100 50 100
Nitơ Amoni, mg/l 50 30 15 5 10 - -
Nitơ Nitrit, mg/l 0,1 0,05 0 - - - -
Nitơ Nitrat, mg/l 0,4 0,2 0,1 30 50 - -
Tổng Nitơ, mg/l - - - - - 20 40
3-
Phosphat PO4 - - - 6 10 - -
Tổng Phốt Pho, mg/l - 8 - - - 4 6
BOD5, mg/l 300 200 100 30 50 30 50
COD, mg/l - - 75 150
pH - - - 5 9 5 9 6 9 5,5 9
Tổng Coliforms, MPN/100 ml 3.000 5.000 3.000 5.000
I.1.2. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường
Nước thải chưa qua xử lý hay đã xử lý nhưng chưa đạt tiêu chuẩn sẽ có khả
năng ảnh hưởng trực tiếp tới các nguồn tiếp nhận nước như với các dòng chảy mặt
(ao hồ, sông suối), các tầng chứa nước dưới đất.
▪ Với dòng chảy trên mặt:
Nếu trong nước thải có hàm lượng dinh dưỡng, các chất hữu cơ cao như
COD, BOD khi bị thải vào các dòng chảy tự nhiên sẽ diễn ra các quá trình khoáng
hóa, và các quá trình ổn định chất hữu cơ. Quá trình này cần tiêu thụ một lượng lớn
oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến sự thiếu hụt oxy, làm hình thành điều kiện yếm
khí, tạo ra các các sản phẩm khí như: H2S, NH3, CH4… làm cho dòng nước tiếp
nhận có mùi hôi thối, dòng chảy đổi màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan.
Khi thành phần dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho quá cao sẽ dẫn tới hiện tượng phú
dưỡng hóa, đây là nguyên nhân gây nên sự bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng
độ oxy trong nước giảm xuống thấp, gây ngạt, gây chết các loại động vật thuỷ sinh.
9
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
Các chất dầu mỡ sẽ ngăn cản quá trình khuếch tán oxy trên bề mặt vào dòng
nước, làm giảm nồng độ oxy trong nước.
Với các chất rắn lơ lửng khi được vận chuyển trong kênh mương, ống cống
sẽ bị lắng đọng trong dòng chảy tạo điều kiện cho quá trình phân hủy yếm khí.
Vi khuẩn gây bệnh như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da… thông qua môi
trường nước thải có thể bị lây truyền từ khu vực này đến khu vực khác.
Bảng 1.2. Mức độ ô nhiễm BOD5 trong nước sông nội thị TP Hà Nội [5]
Sông Hàm lượng BOD5 vượt tiêu chuẩn cho phép
Sông Tô lịch 7,13 lần
Sông Kim Ngưu 6,64 lần
Sông Sét 2,84 lần
Sông Lừ 5,28 lần
Theo thống kê trên địa bàn Hà Nội có khoảng 156 hồ lớn nhỏ với độ sâu
trung bình 1,5 3m theo đánh giá có khả năng tự làm sạch lớn. Tuy nhiên, có nhiều
hồ đã và đang bị ô nhiễm nặng do quá trình phải trực tiếp nhận nước thải có lưu
lượng và mức độ ô nhiễm cao xả vào, như hồ Văn Chương, Linh Quang, hồ Giám,
độ sâu của đáy hồ bị suy giảm do lớp bùn bị lắng đọng trầm tích, chỉ còn khoảng
0,5 1m, đồng thời diện tích của hộ cũng bị thu hẹp dần.
▪ Với nước dưới đất:
Các chất ô nhiễm có trong nước thải sẽ được tích tụ vào các lớp đất trầm tích
và dần ngấm vào môi trường đất đá, xâm nhập vào tầng chứa nước bên trên và gây
ô nhiễm cho các tầng chứa nước theo thời gian.
Theo các tài liệu quan trắc thành phần hóa học trong nước dưới đất của tầng
chứa nước Holocen và Pleistocen trong những năm gần đây cho thấy, nước ngầm
đang dần bị ô nhiễm bởi các hợp chất vô cơ, hợp chất hữu cơ và nhiễm bẩn vi sinh.
Ví dụ: amoni (NH4+) trong tầng chứa nước Holocen tại khu vực Hà Đông có hàm
lượng cao trên 100 mg/l. Một số khu vực khác như Nam Dư, huyện Thanh Trì với
những điểm ô nhiễm Hoàng Mai, Quỳnh Lôi cao gấp 10 20 lần so với mức cho
phép. Khu vực Hạ Đình, Pháp Vân, Định Công, Kim Giang, Bạch Mai, Bách Khoa,
Kim Liên, Quỳnh Mai cao hơn 20 30 lần QCVN cho phép. Theo đánh giá nguồn
10
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
gốc chủ yếu được sinh ra từ các vật chất hữu cơ, xác động vật, chất thải lỏng và rắn
bị thải ra trên bề mặt đất, theo dòng chảy mặt di chuyển, xâm nhập vào tầng chứa
nước và làm ô nhiễm tầng chứa nước.
I.2. Nước thải thành phố Hà nội và hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu
I.2.1. Nước thải thành phố Hà nội
Thành phố Hà Nội theo Nghị quyết số 15/2008/NQ - QH12 của Quốc hội về
việc mở rộng địa giới hành chính Thủ đô, năm 2008, có diện tích tự nhiên là 3.334,
47km2, dân số 6,2 triệu người với 29 đơn vị hành chính Quận, Huyện, Thị xã và 577
đơn vị hành chính cấp xã, phường, thị trấn. Tỷ lệ đô thị hoá trên địa bàn thành phố
Hà Nội (cũ) 70%, tỉnh Hà Tây (trước đây) là 13%, tính trung bình toàn thành phố
sau mở rộng đô thị hoá khoảng 40%.
Theo con số thống kê trong Báo cáo Chất lượng môi trường và biện pháp bảo
vệ môi trường của thành phố Hà Nội năm 2010 [5]:
▪ Nước thải công nghiệp: trên toàn Thành phố hiện có 26 khu công nghiệp, 40
50 cụm điểm công nghiệp làng nghề đã và đang xây dựng. Tổng khối lượng nước
thải công nghiệp ước tính 100.000 120.000 m3/ngày đêm. Trong đó, chỉ có 3 khu
công nghiệp tập trung là khu Bắc Thăng Long, Phú Nghĩa, Quang Minh 1 và 2, cụm
công nghiệp Ngọc Hồi và Phùng Xá có hệ thống xử lý nước thải tập trung, còn lại
phần lớn các cơ sở sản xuất đều không có trạm xử lý nước thải.
▪ Nước thải sinh hoạt: tổng lượng nước thải sinh hoạt khu vực nội thành, nội
thị khoảng 700.000 m3/ngày đêm phần lớn chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại
trước khi xả vào các tuyến cống chung hoặc kênh, mương, ao hồ. Hiện tại, trên địa
bàn thành phố có 4 trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung với công suất thiết kế
đạt 48.500 m3/ngày đêm chiếm 6,9% là: Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long -
Vân Trì, Khu đô thị mới Mỹ Đình và Trạm Yên Sở đang xây dựng.
▪ Nước thải bệnh viện: tổng số 48 bệnh viện và trung tâm y tế do thành phố
quản lý nhưng mới chỉ có 8 cơ sở có hệ thống xử lý nước thải đang hoạt động, một
số bệnh viện đang trong giai đoạn xây dựng hệ thống xử lý, còn lại lượng nước thải
bệnh viện không được xử lý, thải trực tiếp ra hệ thống thoát nước chung.
11
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
Trước sự phát triển nhanh của các hoạt động kinh tế xã hội, sự ra đời hàng
loạt các khu đô thị, các khu công nghiệp cùng với các hoạt động tiểu thủ công
nghiệp và chất thải bệnh viện, các khu dân cư đông đúc, các làng nghề… mà nước
thải của các hoạt động đó hầu như chưa được xử lý đã đổ thẳng ra sông, hồ làm chất
lượng môi trường nước sông, hồ biến đổi theo chiều hướng tiêu cực và xu thế bị ô
nhiễm mỗi ngày một tăng cao.
I.2.2. Hiện trạng ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận xóm 6 xã Đông Ngạc, Huyện Từ Liêm,
với kênh nước thải của các hộ dân sống trên khu vực, các khu nhà trọ cho thuê của
sinh viên, khu làm việc của trường Đại học Mỏ - Địa chất, một số cơ quan, công ty
khác có trên khu vực.
Theo kết quả điều tra tai khu vực có khoảng 172 hộ gia đình với số nhân
khẩu 660 người, số sinh viên thuê trọ từ 1.155 đến 1.500 sinh viên theo thời điểm
và tại khu vực không có hệ thống xử lý nước thải tập trung nào.
21º 4' 48.6''
105º 46' 37''
: Sông Nhuệ
: Vị trí lấy mẫu
: Kênh nước thải
21º 4' 16.5''
105º 46'' 15.2''
Hình 1.1. Kênh thu gom nước thải và vị trí lấy mẫu nghiên cứu
Nước thải từ các hộ dân được thải vào hệ thống ống cống chìm thu gom nước
thải, sau đó được dẫn đến đổ vào hệ thống kênh hở với các hộ dân ở xa. Còn đối với
các hộ dân ở hai bên kênh dẫn nước thải thì NTSH được thải trực tiếp vào kênh thu
12
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
nước thải, sau đó được thải đổ trực tiếp vào sông Nhuệ. Kết quả phân tích đánh giá
chất lượng nước thải tại khu vực nghiên cứu được trình bày trong Bảng 1.3:
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nước thải tại khu vực nghiên cứu giai đoạn tháng 11
năm 2011 đến tháng 2 năm 2012
TT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Kết quả đo
1 pH - 6,9 7,3
2 DO oxy hòa tan mg/l 1,2
3 BOD5 mg/l 64 95
4 COD mg/l 96 135
5 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 90 140
+
6 Amoni (NH4 tính theo N) mg/l 12,6 21,0
7 Tổng Nitơ (TNK) mg/l 31 37
8 Phosphat (PO4 ) 3-
mg/l 2,4 7,26
9 Phốt pho tổng mg/l 16 32
10 Tổng Coliforms MPN/100ml ≥ 9.000
Theo kết quả phân tích mẫu nước thải tại khu vực nghiên cứu cho thấy môi
trường nước ở khu vực đã và đang bị ô nhiễm, dòng nước chảy có màu đen đục, bốc
mùi hôi thối, khó chịu. Nguyên nhân chính bởi nước thải không được xử lý, người
dân chưa có ý thức trong việc giữ gìn vệ sinh chung, xả trực tiếp nước thải sinh hoạt
xuống dòng chảy và vất các loại rác thải xuống kênh mương, gây tắc nghẽn và ô
nhiễm môi trường.
13
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
HỒ THỦY SINH THẢ BÈO LỤC BÌNH
II.1. Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
Theo Ronald W. Crites [11] xử lý nước thải theo cách tự nhiên là phương
pháp chủ yếu dựa trên các các hợp phần tự nhiên, các phản ứng của tự nhiên như
vật lý, hóa học và thành phần sinh học. Hiệu quả của quá trình xử lý không phụ
thuộc vào các nguồn năng lượng bên ngoài để duy trì mà chủ yếu dựa vào các tác
dụng của thành phần tự nhiên để đạt được hiệu quả mục đích. Tại Mỹ cho đến năm
1972 việc thông qua đạo luật về nước sạch PL 92 - 500 việc phát triển phương pháp
xử lý tự nhiên được phát triển mạnh mẽ.
Dựa theo đặc điểm và hình thái phương pháp xử lý mà phương pháp tự nhiên
được chia làm các cách sau: Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây và
Phương pháp hồ thủy sinh.
II.1.1. Phương pháp đất ngập nước - bãi lọc trồng cây
Theo định nghĩa đất ngập nước là các vùng đầm lầy, vùng nước tù đọng tự
nhiên bị ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, thường có mực nước ngầm
nằm sát mặt đất. Đây là vùng chuyển tiếp giữa những hệ sinh thái trên cạn và những
hệ sinh thái thủy sinh, trong đó nước có thể là nước mặn, lợ hay nước nhạt có thể ở
trạng thái tĩnh hoặc vận động theo dòng chảy.
Phương pháp đất ngập nước được sử dụng để cải thiện chất lượng nước đã
được biết đến vào những thập kỷ 20 của thế kỷ trước, nhưng hầu hết là các vùng đất
ngập nước tự nhiên (U.S. EPA, 1999).
Phương pháp bãi lọc trồng cây hay còn gọi là đất ngập nước nhân tạo, được
nghiên cứu xây dựng để xử lý nước thải bắt đầu vào những năm 1950 ví dụ ở Đức -
Seidel, 1976, ở Hoa kỳ vào những năm 1970 đến 1980 và phát triển mạnh trong
những năm 1990. Phương pháp này được xây dựng và được áp dụng rộng rãi không
chỉ để xử lý nước thải đô thị mà còn để xử lý nước thải cho các khu công nghiệp,
14
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
vùng khai khoáng và nước thải nông nghiệp. Hình 2.1 là một ví dụ cho mô hình cho
bãi lọc trồng cây ngập nước với dòng chảy trên mặt trong xử lý nước thải.
Thảm thực vật nổi
Vùng nước Vùng nước
sâu đầu vào sâu đầu ra
Nước thải
đầu vào Khống chế
mực nước
Nước thải
đầu ra
Vùng rễ cây Đáy cách nước
Hình 2.1. Mô hình đất ngập nước - bãi lọc trồng cây với dòng chảy mặt
Hệ thống xử lý thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên hay
nhân tạo, cách xa khu dân cư và ở cuối hướng gió. Thành phần đất đá trong bãi lọc
có thể là đất loại cát, sét lẫn cuội sỏi hệ số thấm vừa đủ để nước có thể thấm qua.
Việc xử lý nước thải dựa trên khả năng giữ cặn trong các lớp đất đá, nước thải thấm
qua các lớp đất đá tương tự các lớp lọc, cùng với sự có mặt của oxy trong các lỗ
hổng, mao quản do rễ cây đưa vào kích thích quá trình phân hủy hiếu khí của các vi
sinh vật mà nhờ đó xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ.
Phương pháp này vừa có thể xử lý nước thải vừa tưới bón cây trồng, tùy
thuộc vào chức năng nào là chính và có thể chia làm cánh đồng lọc - cánh đồng tưới
nông nghiệp hay chỉ làm chức năng xử lý nước thải gọi là bãi lọc trồng cây.
II.1.2. Phương pháp hồ thủy sinh
Hồ thủy sinh là một hay hệ thống các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân
tạo dùng để chứa nước hoặc tuần hoàn nước, trong đó có phát triển các loại thực vật
thủy sinh, tảo. Trong hồ diễn ra các quá trình tự làm sạch các chất bẩn nhờ thực vật
thủy sinh, vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên với nguyên tắc vi sinh vật sử dụng oxy
được cung cấp bởi quá trình quá trình quang hợp, oxy được đưa vào môi trường
nước qua thân và rễ thực vật thủy sinh, hệ thực vật có tác dụng là giá thể cho vi sinh
vật bám dính phát triển hay màng lọc tự nhiên.
Đây được xem là phương pháp thân thiện môi trường, có thể đạt hiệu suất
cao, chi phi thấp, có tính gia tăng giá trị đa dạng sinh học, có khả năng cải tạo cảnh
15
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
quan môi trường sống. Các sản phẩm của sinh khối thực vật, bùn thải sau xử lý có
thể tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế.
2 Xử lý cấp 2
1 Thông thường AP
U
Xử lý cấp 2 AP
2 AP
U AP
1 Thông thường
U U
AP AP
2 APU
1 U U
Tái sử dụng
Nước thải
APU
Xả thải
2 Xử lý cấp 3
1 APU Thông thường
APU
2 APU AP
1
APU U
AP
1 AP APU UAP AP
U APU U U
AP AP AP
U U U
Xử lí cấp 1 Xử lí cấp 2 Xử lí cấp 3
1 Lọc và tán nhỏ; 2 Lắng sơ cấp; AP Hệ thống thủy sinh
U
AP
Hình 2.2. Cách lựa chọn hệ thống thủy sinh và
U trong xử lý nước thải[10]
II.2. Nhóm thực vật thủy sinh và tác dụng của chúng trong hệ thống xử lý tự nhiên
II.2.1. Nhóm thực vật thủy sinh
II.2.1.1. Nhóm thực vật sống trôi nổi trên mặt nước
Đây là loài thực vật phát triển trên bề mặt nước, bao gồm hai phần: phần lá
và thân mềm nổi trên bề mặt nước, nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp thực hiện các
quá trình quang hợp; phần dưới nước là bộ rễ thường là loại rễ chùm, phát triển
trong nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và hấp thụ các vật chất khác vào cây.
Nhóm thực vật này nổi trên mặt nước, thường chuyển động theo gió, sóng và
dòng chảy. Khi chuyển động bộ rễ quét sâu trong nước, tạo điều kiện cho các chất
dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ. Mặc khác, rễ của
các loài thực vật này như là những giá thể để các loại vi sinh vật bám dính và phát
16
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
triển ở đó, thực hiện quá trình phân huỷ hay các quá trình vô cơ hoá các chất hữu cơ
trong nước thải. Một số loại có nhiều ở Việt Nam như: bèo lục bình (Eichhornia
crassipes), bèo cái (Pistia stratiotes), rau muống (Ipomoea aquatica)… Hình 2.3 mô tả sự
tồn tại và phát triển của một số thực vật thủy sinh sống trôi nổi trong môi trường tự nhiên:
Hình 2.3.a) Bèo lục bình Hình 2.3.b) Rau muống
Hình 2.3. Nhóm thực vật trôi nổi trong môi trường tự nhiên
II.2.1.2. Nhóm thực vật chìm trong nước
Đây là nhóm thủy thực vật phát triển toàn bộ dưới mặt nước, chúng chỉ phát
triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Phần thân, lá trôi nổi trong dòng nước,
phần rễ bám vào đất ngập trong nước. Chúng có khả năng nhận các chất dinh dưỡng
có trong đất và trong nước để phát triển, còn phần lá gần mặt nước thực hiện quá
trình quang hợp. Theo đánh giá nhóm thực vật này gây nên các tác hại như làm tăng
độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước và không có
nhiều hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải. Một số loại thường thấy như: rong
tóc tiên, rong đuôi chồn – Hydrilla verticillata, rong đuôi chó - Ceratophyllum…
Hình 2.4.a) Rong đuôi chó Hình 2.4.b) Rong đuôi chồn
Hình 2.4. Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm trong nước
17
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
II.2.1.3. Nhóm thực vật nửa chìm nửa nổi
Đây là loại thủy thực vật có rễ bám vào đất, một phần thân ngập trong nước,
một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhô hẳn trên bề mặt nước. Phần rễ bám
vào đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên
lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Loại này thường sống ở những
nơi có chế độ thủy triều ổn định. Việc làm sạch môi trường nước chủ yếu ở phần
lắng ở đáy lưu vực nước. Một số loại thường gặp như cỏ đuôi mèo - Typha, sậy -
Reed, cỏ lõi bấc - Cyperaceae. Hình 2.5 mô tả sự phát triển của một số thực vật nửa
chìm nửa nổi trong môi trường tự nhiên.
Hình 2.5.a) Cỏ đuôi mèo Hình 2.5.b) Cỏ lõi bấc
Hình 2.5. Nhóm thực vật thủy sinh sống nửa chìm nửa nổi trong nước
II.2.2. Tác dụng của thực vật thủy sinh với hệ thống tự nhiên
Bộ rễ, thân của các loại thực vật này được coi như một giá thể rất tốt hay được
coi như một chất mang đối với vi sinh vật, để có thế bám dính vào sau đó phát triển
và thực hiện quá trình ổn định chất thải. Bằng sự di chuyển do gió, dòng nước các
loại thực vật trôi nổi sẽ di chuyển các vi sinh vật từ vị trí này đến vị trí khác trong
dòng nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hoá vật chất có trong nước giúp làm
tăng hiệu quả xử lý của vi sinh vật nước. Ta có thể xem mối quan hệ giữa vi sinh
vật và thực vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh, đem lại sức sống tốt hơn cho cả
hai nhóm sinh vật và có tác dụng xử lý tăng cao. Chúng còn có tác dụng hấp thụ các
kim loại nặng, chất dinh dưỡng trong môi trường nước, một số loại có tính năng
khử trùng và chống ô nhiễm.
Phương pháp sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều
trường hợp không cần cung cấp năng lượng để có thể chạy liên tục, thường hay
18
“ Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của một khu dân cư tại Huyện Từ Liêm
bằng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”
dùng ở những vùng không có điện, công tác thực hiện dễ dàng. Đây là phương pháp
có thể áp dụng cho các vùng nông thôn, các trang trại nhỏ… thậm chí đối với các
vùng đô thị của một số quốc gia phát triển, đang phát triển có thể dùng thực vật thủy
sinh này để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp. Ngoài mục đích này
sản phẩm tạo ra được thu hoạch để sử dụng trực tiếp như làm thức ăn gia súc, hoặc
gián tiếp để tạo ra các sản phẩm như sản xuất giấy, sản xuất khí sinh học, sản xuất
phân compost và dùng để cải tạo cảnh quan.
II.2.3. Một số đặc điểm của bèo lục bình
Bèo lục bình có tên khoa học - Eichhornia crassipes là một loài thực vật thuỷ
sinh, thân thảo, sống nổi theo dòng nước, có chiều cao trung bình khoảng 30 cm với
dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt; cuống lá nở phình ra như bong
bóng xốp, ruột giúp cây bèo nổi trên mặt nước. Rễ bèo có cấu tạo dạng lông vũ sắc
đen, buông rủ xuống nước, có thể dài đến 1m không gắn liền vào đất. Tốc độ sinh
trưởng nhanh, số lượng có thể tăng gấp đôi sau mỗi 2 tuần. Phần thân và lá cây nổi
trên mặt nước tiếp nhận trực tiếp ánh sáng mặt trời, phần rễ và thân ngập nước là
môi trường thích hợp để cho vi sinh vật ổn định chất thải.
Bèo lục bình thường mọc nổi trên mặt nước hay bám vào đất bùn của các
vùng nước ngọt, sinh trưởng và phát triển tồn tại ở nhiệt độ từ 10 40°C nhưng
sinh trưởng mạnh nhất ở nhiệt độ 20 30°C. Ở Việt Nam, lục bình thường phát
triển ở các ao hồ, ven sông thành quần thể sát bờ sông hoặc kênh rạch.
Theo đánh giá của nhiều nghiên cứu nó có tác dụng hấp thụ những kim loại
nặng như: chì, thủy ngân, làm sạch nước… và được dùng để loại trừ ô nhiễm môi
trường nước.
Hình 2.6. Bèo lục bình và các sản phẩm làm từ bèo
19