NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG MÔ HÌNH<br />
ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO DÙNG SẬY, NẾN, VETIVER<br />
Thái Vân Anh(1), Lê Thị Cẩm Chi(2)<br />
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM, (2)Trường Đại học An Giang<br />
Ngày nhận bài: 09/5/2016<br />
Ngày chấp nhận đăng: 31/5/2016<br />
<br />
(1)<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả hệ thống đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm<br />
theo phương đứng (V-SFS) cho xử lý nước thải sinh hoạt. Nghiên cứu được tiến hành trên 03 mô hình gồm 03<br />
loài thực vật (sậy, Vetiver, nến) và vận hành song song nhau trong suốt các tải trọng thủy lực (HAR) khác nhau<br />
(176, 132, 88 và 44 mm/ngày). Đồng thời, có 6 chỉ tiêu ô nhiễm được đánh giá gồm: TSS, BOD5, N-NH+4, NNO3-, P-PO43- và T.coliform. Kết quả đạt được tốt nhất qua nghiên cứu là: TSS 96,9%, BOD5 96%, N-NH+4<br />
60,5%, P-PO43- 47,6%, và T.coliform 97,7%. Trong đó, hiệu quả xử lý tốt nhất thuộc về những mô hình có tải<br />
trọng thủy lực (HAR) thấp nhất và thời gian lưu nước (HRT) dài nhất. không có sự khác biệt đáng kể nào về hiệu<br />
quả xử lý giữa các loài thực vật khác nhau.<br />
Từ khóa: dòng chảy ngầm phương đứng, đất ngập nước, nước thải sinh hoạt, thời gian lưu nước, thực vật.<br />
STUDY DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT BY CONSTRUCTED WETLAND WITH<br />
PARALLELY REED, VETIVER, BULRUSH<br />
ABSTRACT<br />
This research investigated the effect of using constructed wetland system with vertical - subsurface flow<br />
(V-SFS) for treating domestic wastewater. The pilot studied on three beds included three macrophytes tested<br />
parallely reed, vetiver and bulrush with four different HARs (176, 132, 88 and 44 mm/day).This study was tested<br />
with six different parameters including: TSS, BOD5, N-NH+4, N-NO3-, P-PO43- and T.coliform.In terms of<br />
overall performances the following mean removal rates were obtained: TSS 96.9%, BOD 5 96%, N-NH+4 60.5%,<br />
P-PO43- 47.6%, and T.coliform 97.7%, respectively. The best removals were obtained in those beds with the<br />
lowest HAR and the longest HRT. With regard to the type of plant, no significant differences were found among<br />
macrophytes performance.<br />
Keywords: vertical subsurface , wetland, domestic wastewater, hydraulic retention time, macrophytes.<br />
<br />
1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Xử lý nước thải sinh hoạt nhằm bảo vệ chất lượng môi trường nước và hệ sinh thái<br />
thủy sinh đã và đang được sự quan tâm hàng đầu trong các chính sách phát triển bền vững của<br />
nhiều tỉnh thành trong cả nước, hiện nay cả nước chỉ có hơn 12 thành phố gồm: Hà Nội, Tp.<br />
Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hạ Long, Huế, Buôn Ma Thuật, Đà Lạt,…là có các dự án xử lý nước<br />
thải đô thị công suất lớn đang trong giai đoạn quy hoạch và xây dựng. Còn ở các tỉnh thành<br />
khác và vùng ven thì hầu như toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ các hộ dân và một phần từ<br />
các khu công nghiệp đều không được thu gom và xử lý theo đúng quy định. Hệ quả là gây ô<br />
nhiễm nghiêm trọng nhiều nhánh sông, đặc biệt là các sông đầu nguồn, làm ảnh hưởng trực<br />
tiếp đến chất lượng nguồn nước cấp cho người dân. Ngoài ra, chất lượng nước ngầm cũng bị<br />
suy giảm đáng kể từ chính các dòng thải này. Vì vậy, hệ thống đất ngập nước nhân tạo<br />
(constructed wetland) được lựa chọn vì hệ thống này có nhiều ưu điểm nổi bật như cấu tạo<br />
đơn giản; hiệu quả xử lý cao (nhất là đối với các vi khuẩn gây bệnh); chi phí cho xây dựng và<br />
vận hành thấp; không sản sinh mùi hôi và tiếng ồn,…rất thích hợp áp dụng xử lý nước thải<br />
sinh hoạt cho các vùng có diện tích đất dồi dào hay mật độ dân cư thấp.<br />
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
2.1 Nội dung nghiên cứu<br />
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu<br />
Nước thải đầu vào của mô hình nghiên cứu được lấy từ hầm bơm (sau bể tự hoại) của<br />
chung cư Nguyễn Kim – quận 10, Tp. Hồ Chí Minh.<br />
53<br />
<br />
Bảng 1. Tính chất nước thải đầu vào<br />
STT<br />
<br />
Thông số<br />
<br />
1<br />
<br />
pH<br />
<br />
2<br />
<br />
BOD5 (20 0C)<br />
<br />
Đơn vị<br />
<br />
Giá trị đầu vào<br />
<br />
<br />
<br />
7.2 – 7.8<br />
<br />
mg/l<br />
<br />
120 - 170<br />
<br />
3<br />
COD<br />
mg/l<br />
300 - 500<br />
4<br />
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)<br />
mg/l<br />
100 - 150<br />
5<br />
Amoni (tính theo N)<br />
mg/l<br />
55 - 65<br />
6<br />
Nitrat (NO3-)(tính theo N)<br />
mg/l<br />
0.15 – 1.40<br />
7<br />
Phosphat (PO43-) (tính theo P)<br />
mg/l<br />
9 - 18<br />
8<br />
Tổng Coliforms<br />
MPN/100 ml<br />
1x106 - 15 x108<br />
2.1.2 Nội dung nghiên cứu<br />
03 loài thực vật xử lý gồm vetiver, nến và sậy được thu thập từ các cây non có sẵn ở các<br />
đầm lầy trong tự nhiên. Trước khi cấy vào mô hình nghiên cứu, thực vật được cắt ngắn với<br />
chiều dài cả thân và rễ là từ 250 - 300mm, mật độ cây là 20 cây/m2. Suốt 30 ngày đầu, mô<br />
hình chỉ được bổ sung nước sạch, nhằm giúp thực vật bám rễ và thích ứng với môi trường<br />
mới. Khi kết thúc tải thích nghi, nghiên cứu được tiếp tục tiến hành với các tải trọng hữu cơ<br />
lần lượt là 350, 525 và 700 kgCOD/ha.ngày, nhằm để đánh giá hiệu quả xử lý của 03 mô hình<br />
đất ngập nước trồng 03 loại thực vật khác nhau ứng với các tải trọng khác nhau . Các thông số<br />
vận hành của mô hình được thể hiện ở bảng 2.<br />
Bảng 2. Các thông số vận hành của mô hình nghiên cứu<br />
<br />
Mô<br />
hình<br />
Mô<br />
hình 1<br />
<br />
Mô<br />
hình 2<br />
<br />
Mô<br />
hình 3<br />
<br />
Loài<br />
thực<br />
vật<br />
<br />
Thời gian<br />
lưu<br />
<br />
Vetiver<br />
<br />
Cỏ nến<br />
<br />
Cỏ sậy<br />
<br />
Lưu lượng<br />
(lít/ngày)<br />
<br />
Tải trọng thủy<br />
lực (mm/ngày)<br />
<br />
Tải trọng hữu cơ<br />
(kgCOD/ha.ngày)<br />
<br />
8<br />
<br />
21<br />
<br />
44<br />
<br />
175<br />
<br />
4<br />
<br />
42<br />
<br />
88<br />
<br />
350<br />
<br />
3<br />
<br />
63<br />
<br />
132<br />
<br />
525<br />
<br />
2<br />
<br />
84<br />
<br />
176<br />
<br />
700<br />
<br />
8<br />
<br />
21<br />
<br />
44<br />
<br />
175<br />
<br />
4<br />
<br />
42<br />
<br />
88<br />
<br />
350<br />
<br />
3<br />
<br />
63<br />
<br />
132<br />
<br />
525<br />
<br />
2<br />
<br />
84<br />
<br />
176<br />
<br />
700<br />
<br />
8<br />
<br />
21<br />
<br />
44<br />
<br />
175<br />
<br />
4<br />
<br />
42<br />
<br />
88<br />
<br />
350<br />
<br />
3<br />
<br />
63<br />
<br />
132<br />
<br />
525<br />
<br />
2<br />
<br />
84<br />
<br />
176<br />
<br />
700<br />
<br />
(ngày)<br />
<br />
54<br />
<br />
2.1.3 Phương pháp phân tích<br />
Bảng 3. Các phương pháp phân tích<br />
Đơn<br />
STT<br />
Chỉ tiêu<br />
Phương pháp<br />
Thiết bị<br />
vị<br />
Giấy lọc thủy tinh<br />
2540 D. Total Suspended<br />
mg/l<br />
Bộ hút chân không<br />
1<br />
TSS<br />
Solids Dried at 103Tủ nung<br />
105oC<br />
Cân phân tích<br />
2<br />
<br />
BOD5<br />
<br />
5210 B<br />
<br />
3<br />
<br />
COD<br />
<br />
5220 C. Closed Reflux,<br />
Titrimetric Method<br />
<br />
4<br />
<br />
Nitrat<br />
<br />
4500 – NO3- E. Cadmium<br />
Reduction Method<br />
<br />
5<br />
<br />
Amonia<br />
<br />
6<br />
<br />
P-PO43-<br />
<br />
4500 – NH3 F. Phenate<br />
Method<br />
4500 – P D. Stannous<br />
Chloride Method<br />
<br />
mg/l<br />
mg/l<br />
mg/l<br />
mg/l<br />
mg/l<br />
<br />
Độ chính<br />
xác<br />
± 0,1<br />
<br />
Tủ ủ 200C<br />
Tủ nung 1500C<br />
Cột Cadmium<br />
Máy Hach<br />
DR/2010<br />
Bộ chưng cất<br />
Kjeldahl<br />
Máy Hach<br />
DR/2010<br />
<br />
± 0,005<br />
± 0,77%<br />
0,3%<br />
<br />
Total<br />
MPN/<br />
9222 B<br />
coliform<br />
100ml<br />
Các chỉ tiêu này được phân tích tại Phòng thí nghiệm môi trường - trường Đại học Bách<br />
Khoa, Tp. Hồ Chí Minh.<br />
2.2 Mô hình nghiên cứu<br />
Mô hình: Mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng có quy mô<br />
phòng thí nghiệm được làm bằng vật liệu mica dày 8mm. Kích thước bề: dài x rộng x cao =<br />
1,2m x 0,4m x 0,7m, tỉ số chiều dài: chiều rộng là 3:1. Đáy bể được bố trí với độ dốc 3%<br />
nhằm đảm bảo nước sau xử lý được thu gom hoàn toàn. Khung đỡ chịu lực và chân đế mô<br />
hình được làm bằng thép hộp sơn chống rỉ, kích thước 10x20mm, chiều cao chân đế là 0,5m.<br />
Cả 3 mô hình được thiết kế như nhau.<br />
7<br />
<br />
Vật liệu: Mỗi mô hình gồm 3 lớp vật liệu được sắp xếp theo một trình tự nhất định như<br />
nhau: Lớp trên cùng là lớp cát mịn với đường kính từ 1-2mm, chiều cao lớp cát là 200mm,<br />
Lớp ở giữa là lớp sỏi tròn có đường kính từ 5-10mm, chiều cao lớp này là 100mm, Lớp dưới<br />
cùng là lớp đá 10x20mm, cao 150mm.<br />
Thực vật: Thực vật xử lý ở đây là cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides), cỏ nến (Typha<br />
orientalis G.A. Stuart) và sậy (Phragmites australis), khoảng cách giữa 2 cây là 20 cm, mật<br />
độ trung bình là 20 cây/m2.<br />
Nước thải đầu vào và đầu ra: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên toàn bộ diện<br />
tích mặt thoáng của mô hình bằng bơm định lượng, ống phân phối nước bằng PVC có đường<br />
kính D21 mm, đường kính lỗ phân phối 4mm, bước lỗ 20mm. Nước đầu ra được lấy qua hệ<br />
thống ống thu nước PVC có đường kính D42 mm, hệ thống này được bố trí khắp đáy bể và<br />
đặt sát đáy.<br />
Nguyên lý hoạt động: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên bề mặt tiếp nhận nước<br />
thải với hệ thống phân phối bằng ống PVC, đục lỗ. Sau đó, nước thải từ từ chảy qua các lớp<br />
vật liệu lọc và rễ thực vật xử lý theo chiều từ trên xuống, nước thải sau xử lý được thu gom<br />
bằng hệ thống đường ống PVC có khe lọc phân bố sát đáy bể. Các quá trình hóa học và sinh<br />
55<br />
<br />
học sẽ xảy ra trong vùng có rễ thực vật xử lý và các khu vực có thể tạo màng bám sinh học<br />
trên vật liệu lọc. Các vi sinh vật sống trong vật liệu lọc và sống bám vào hệ thống rễ cây trồng<br />
sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ có trong nước thải phục vụ cho các quá trình sinh sản và phát triển<br />
của chúng. Bên cạnh đó, hệ thống rễ cây cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước<br />
thải qua việc hấp thu các chất dinh dưỡng có trong nước thải, đồng thời nó cung cấp oxy tạo<br />
ra các quá trình phân hủy hiếu khí bên trong mô hình. Còn các quá trình cơ học như lắng, lọc<br />
xảy ra chủ yếu ở lớp cát lọc và sỏi lọc. Các quá trình này giúp loại bỏ hầu như hoàn toàn cặn<br />
lơ lửng có trong nước thải.<br />
MAËT TIEÁP NHAÄN NÖÔÙC THAÛI<br />
<br />
Thöïc vaät xöû lyù<br />
<br />
250<br />
<br />
OÁng thoâng khí<br />
PVC-D34<br />
<br />
200<br />
100<br />
1200<br />
<br />
CAÙT LOÏC 1-2mm<br />
SOÛI TROØN 5-10mm<br />
<br />
150<br />
<br />
Thaønh beå<br />
Mica 8mm<br />
<br />
ÑAÙ 10X20mm<br />
<br />
500<br />
<br />
Lôùp loùt ñaùy<br />
xoáp 10mm<br />
<br />
1200<br />
<br />
ÑAÀU RA<br />
<br />
Heä thoáng thu nöôùc<br />
PVC 42, khe loïc<br />
<br />
Ñoä doác 3%<br />
Khung ñôõ<br />
Theùp hoäp 10x20mm<br />
<br />
MAËT CAÉT A-A<br />
Thöïc vaät xöû lyù<br />
<br />
Khung ñôõ<br />
Theùp hoäp 10x20mm<br />
<br />
400<br />
<br />
ÑAÀU RA<br />
<br />
A<br />
<br />
A<br />
<br />
1200<br />
<br />
Thaønh beå<br />
Mica 8mm<br />
<br />
MAËT BAÈNG<br />
<br />
Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải<br />
3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN<br />
3.1 Hiệu quả xử lý TSS<br />
Theo kết quả nghiên cứu, hiệu quả loại bỏ TSS ở các tải trọng và thực vật khác nhau đều<br />
rất cao, chiếm trên 90%. Tại các tải trọng 3 và 4, ta nhận thấy không có sự chênh lệch lớn<br />
giữa các loài thực vật, hiệu suất lệch trung bình là từ 0,3% - 1,5%, còn tại tải 1, tải 2 thì độ<br />
lệch tương đối lớn hơn chiếm từ 5,8% - 7,5%. Trong đó, hiệu suất xử lý trung bình thấp nhất<br />
là 86,8% ứng với cỏ vetiver tại tải 1, cao nhất là 96,8% và 96,9% ứng với cỏ sậy và nến tại tải<br />
2. Kết quả này nhỏ hơn nhiều so với giới hạn cho phép của quy chuẩn về chất lượng nước thải<br />
sinh hoạt QCVN 14-2008/BTNMT, mức A quy định là 50 mg/l.<br />
<br />
Hình 2. Nồng độ TSS trung bình qua các tải nghiên cứu<br />
56<br />
<br />
Hình 3. Hiệu suất xử lý TSS qua các tải nghiên cứu<br />
3.2 Hiệu quả xử lý BOD5<br />
Hiệu quả xử lý BOD5 cao nhất đạt được trong các mô hình nghiên cứu là tại tải 2 ứng với<br />
các loài thực vật chiếm ưu thế lần lượt là sậy (96%), nến (94,1%), vetiver (91,3%). Khi qua<br />
đến các tải 3, 4 thì hiệu quả bắt đầu giảm dần đều ở cả 03 mô hình, điều này có thể giải thích<br />
là do khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa cacbon đã bị suy giảm, một phần từ quá<br />
trình lắng tụ TSS trong thời gian dài dẫn đến làm nghẽn một diện tích nhỏ trên bề mặt thoáng<br />
của mô hình làm hạn chế khả năng khuếch tán oxy, mặt khác là do khi thực vật phát triển<br />
mạnh vào giai đoạn cuối làm che phủ hầu hết mặt thoáng của bể. Nồng độ BOD5 sau xử lý là<br />
rất thấp, trong các tải vận hành trung bình từ 5,5 mg/l (sậy, tải 2) đến 21,4 mg/l (vetiver, tải<br />
4), tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 14-2008/BTNMT, mức A quy định là<br />
30 mg/l.<br />
<br />
Hình 4. Nồng độ BOD5 trung bình qua các tải nghiên cứu<br />
<br />
Hình 5. Hiệu suất xử lý BOD5 qua các tải nghiên cứu<br />
3.3 Hiệu quả xử lý Nitơ Amonia<br />
NH4+ được tạo thành từ quá trình ammoni hóa các chất hữu cơ có trong nước thải và xảy<br />
ra cả trong vùng oxy hóa lẫn vùng khử của hệ thống DNNNT. Cơ chế khử NH4+ chủ yếu là<br />
quá trình nitrat hóa được thực hiện trong môi trường hiếu khí bởi vi khuẩn Nitrosomonas và<br />
Nitrobacter. Ngoài ra NH4+ còn được loại bỏ thông qua quá trình khuếch tán trực tiếp vào khí<br />
quyển và được hấp thụ một phần bởi thực vật. Nồng độ NH4+ trong nước thải đầu vào mô<br />
hình tại các tải nghiên cứu là rất cao, dao động từ 57,1 – 77,3 mg/l. Vì vậy, hiệu quả xử lý<br />
NH4+ qua các tải nghiên cứu đều rất thấp và giảm dần khi tăng tải trọng hữu cơ, trung bình từ<br />
57<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
