Tóm tắt luận án Tiến sĩ Công nghệ môi trường nước và nước thải: Nghiên cứu mô hình kết hợp giữa bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nước thải khu dân cư ven đô lưu vực sông Cầu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án với mục tiêu nghiên cứu đánh giá được hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng các mô hình công nghệ kết hợp bãi lọc trồng cây với hồ sinh học và hồ sinh học với bãi lọc trồng cây. Xác định được hệ số phân hủy một số chất ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt; đề xuất được các mô hình công nghệ kết hợp bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư ven đô.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Công nghệ môi trường nước và nước thải: Nghiên cứu mô hình kết hợp giữa bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nước thải khu dân cư ven đô lưu vực sông Cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VI THỊ MAI HƢƠNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH KẾT HỢP GIỮA BÃI LỌC TRỒNG CÂY VÀ HỒ SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHU DÂN CƢ VEN ĐÔ LƢU VỰC SÔNG CẦU Chuyên ngành: Công nghệ môi trƣờng nƣớc và nƣớc thải Mã số: 9520320-2 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội - Năm 2019
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Trần Đức Hạ Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Nguyễn Đức Toàn Phản biện 1: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Phản biện 3:………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại trường Đại học Xây dựng Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia và tại Thư viện trường Đại học Xây dựng
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Vấn đề ô nhiễm nguồn nước các lưu vực sông (LVS) do nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt (NTSH), chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải, đang trở thành một trong những vấn đề bức thiết tại Việt Nam. Mặc dù, Nhà nước đã phê duyệt và triển khai thực hiện Đề án bảo vệ môi trường các LVS lớn như LVS Cầu (2006), LVS Nhuệ- Đáy (2008) và LVS Đồng Nai (2007), nhưng tình trạng ô nhiễm và suy thoái chất lượng nước (đặc biệt là tại các đoạn sông chảy qua khu vực đô thị, khu công nghiệp, làng nghề…) vẫn diễn ra trầm trọng [9]. LVS Cầu là một trong những LVS lớn của nước ta, có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội của các tỉnh trong lưu vực. Tổng diện tích toàn lưu vực là 6.030 km2, gồm 6 tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dương, Vĩnh Phúc và 3 huyện của Tp.Hà Nội (Mê Linh, Đông Anh và Sóc Sơn) [7]. Lưu vực có địa hình đa dạng gồm cả địa hình đồi núi cao, trung du và đồng bằng. Trong những năm gần đây, các tỉnh trong lưu vực đều có tốc độ phát triển kinh tế đạt mức cao so với mức phát triển chung của cả nước, đặc biệt là các tỉnh Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Hà Nội. Cơ cấu kinh tế phát triển theo hướng tăng tỷ trọng các ngành công nghiệp, dịch vụ và giảm tỷ trọng ngành nông nghiệp. Cùng với tốc độ phát triển kinh tế nhanh thì quá trình đô thị hóa tại các tỉnh thuộc LVS Cầu cũng đang diễn ra nhanh chóng. Đến năm 2016, LVS Cầu có 1,8 triệu dân sống ở đô thị chiếm 22,22% dân số toàn lưu vực [28]. Mặc dù cơ sở vật chất hạ tầng ngày càng được cải thiện, nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu, đặc biệt là các hệ thống thoát nước (HTTN) và xử lý nước thải (XLNT). HTTN các đô thị LVS Cầu phần lớn là HTTN chung xây dựng cho các trung tâm đô thị, mới chỉ thu gom xử lý được từ 40-70% lượng NTSH phát sinh [7]. Hiện nay, tại các đô thị thuộc LVS Cầu đều đã và đang triển khai các dự án thoát nước và vệ sinh môi trường nhằm nâng cấp HTTN và xây dựng các nhà máy XLNT tập trung cho đô thị, nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu. Mặt khác, các dự án này chủ yếu tập trung ở khu vực trung tâm đô thị, còn các khu vực ven đô, vùng ngoại thành do khó khăn về thu gom nên việc XLNT vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Vì vậy NTSH các khu dân cư được dẫn theo các hệ thống cống, rãnh thoát nước do người dân xây dựng một cách tự phát, không theo quy hoạch và được thải trực tiếp ra các nguồn nước lân cận như sông, suối, ao, hồ, mương dẫn nước, khu đất trũng hay các khu ruộng trũng gần nhà. Do đó, nguồn NTSH này trở thành một trong những nguồn chính gây ô nhiễm cho LVS Cầu, gây mất vệ sinh môi trường, thẩm mỹ, cảnh quan và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sức khỏe cộng đồng. Chính vì vậy, việc tổ chức thu gom và xử lý NTSH các khu dân cư ven đô LVS là hết sức cần thiết. Theo nội dung của “Quy hoạch HTTN và XLNT khu vực dân cư, khu công nghiệp thuộc LVS Cầu đến năm 2030”, hình thức thoát nước phi tập trung sẽ phù hợp với các đô thị độc lập và các khu dân cư vùng ven đô của Việt Nam nói chung và LVS Cầu nói riêng. Các công nghệ XLNT áp dụng cho hệ thống XLNT tập trung tại các đô thị (như aeroten, mương oxi hóa, SBR…) với chi phí xây dựng và vận hành lớn, quản lý, vận hành phức tạp sẽ không thích hợp áp dụng cho XLNT các đô thị, khu dân cư vùng ven đô. Vì vậy, cần nghiên cứu đề xuất công nghệ XLNT thích hợp cho khu vực này. Hồ sinh học (HSH) và bãi lọc trồng cây (BLTC) là các công trình sinh thái để XLNT trong điều kiện tự nhiên, chi phí xây dựng và vận hành thấp, vận hành đơn giản, phù hợp với điều kiện đất đai sẵn có của vùng ven đô sẽ là những lựa chọn thích hợp. Mặt khác, khi đô thị phát triển đến vùng ven đô thì các công trình này có thể dễ dàng loại bỏ hoặc chuyển mục đích sử dụng mà không tốn nhiều chi phí đầu tư. Các công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lý NTSH, nước thải đô thị trên khắp thế giới như các nước Châu Âu (như Đức, Pháp, Anh, Ba Lan, Hà Lan, Australia)…, các nước Châu Á (như Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Indonesia…), Mỹ, Canada và các nước Châu Phi [120]. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây HSH và BLTC cũng đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong xử lý nhiều loại nước thải khác nhau như NTSH, nước thải đô thị, nước rỉ rác, nước thải chăn nuôi… HSH đã được ứng dụng tại một số nhà máy XLNT đô thị ở Đà Nẵng, Tp. Hồ Chí Minh, Đà Lạt, Buôn Ma Thuột, Thanh Hóa… BLTC được ứng dụng trong xử lý NTSH tại một số tỉnh như Hòa Bình, Bắc Kạn, Cao Bằng, Tuyên Quang, Thái Bình, Hưng Yên, Hải Phòng, Thái Nguyên…[86]. Tuy nhiên khi sử dụng riêng rẽ, chúng vẫn có những nhược điểm nhất định làm hạn chế khả năng ứng dụng. Do thành phần sinh vật trong các hệ sinh thái HSH và BLTC tương đối đồng nhất nên việc nghiên cứu kết hợp hai loại công trình này để XLNT nhằm khắc phục các nhược điểm của từng công trình, nâng cao hiệu quả xử lý và tăng khả năng ứng dụng là điều phù hợp. Do tốn diện tích đất xây dựng nên các công nghệ này không phù hợp áp dụng XLNT cho những khu vực thiếu đất xây dựng như các vùng trung tâm đô thị mà thích hợp XLNT với quy mô vừa và nhỏ của các khu dân cư ven đô và các đối tượng thoát nước phân tán khác. Mặt khác, khu vực ven đô là khu vực có nhiều vực nước mặt (ao, hồ) có thể tận dụng để XLNT làm giảm diện tích đất xây dựng cần thiết. Vì vậy, nghiên cứu khả năng ứng dụng kết hợp các công nghệ XLNT chi phí thấp tại Việt Nam là điều hết sức cần thiết, đặc biệt là đối với NTSH của các đối tượng thoát nước phân tán như các khu đô thị độc lập hoặc khu dân cư vùng ven đô như các khu dân cư ven đô LVS Cầu.
2 2. Mục đích nghiên cứu của luận án - Đánh giá được hiệu quả xử lý NTSH bằng các mô hình công nghệ kết hợp BLTC với HSH và HSH với BLTC. - Xác định được hệ số phân hủy một số chất ô nhiễm đặc trưng của NTSH trong BLTC và HSH với các điều kiện tự nhiên LVS Cầu. - Đề xuất được các mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH để xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu đạt tiêu chuẩn Cột A, QCVN 14:2008/BTNMT. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án - Đối tượng nghiên cứu của luận án là mô hình xử lý NTSH bằng công nghệ kết hợp BLTC và HSH. - Phạm vi nghiên cứu của luận án là nước thải sinh hoạt các khu dân cư ven đô LVS Cầu. 4. Cơ sở khoa học của luận án HSH và BLTC là các công trình sinh thái, XLNT trong điều kiện tự nhiên, thân thiện môi trường, chi phí xây dựng và vận hành thấp, vận hành đơn giản có hiệu quả xử lý cao với các chất ô nhiễm có trong NTSH như các chất hữu cơ, chất lơ lửng, nitơ, phốt pho và các vi sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên khi sử dụng riêng rẽ các công nghệ này trong XLNT thì vẫn có những nhược điểm nhất định làm hạn chế khả năng ứng dụng. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng kết hợp hai loại công trình này trong một hệ thống xử lý sẽ góp phần nâng cao hiệu quả của các công nghệ này và tăng khả năng ứng dụng trong thực tế XLNT. 5. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu đặc trưng NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu điển hình làm đối tượng nghiên cứu cho mô hình thí nghiệm. - Nghiên cứu hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong NTSH khu dân ven đô LVS Cầu bằng mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH. - Đánh giá sự thích nghi và lựa chọn các loài thực vật trồng trong các loại BLTC phù hợp với điều kiện tự nhiên LVS Cầu. - Xác định hệ số phân hủy chất hữu cơ của các loại HSH sử dụng trong mô hình thí nghiệm với điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu. - Xác định hệ số phân hủy các chất ô nhiễm đặc trưng trong NTSH của các loại BLTC sử dụng trong mô hình thí nghiệm với điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu. - Nghiên cứu đề xuất các mô hình kết hợp BLTC và HSH ứng dụng trong xử lý NTSH phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội vùng ven đô LVS Cầu. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án Trên cơ sở mục tiêu đề ra, luận án áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau: (1). Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu; (2). Phương pháp khảo sát thực địa; (3). Phương pháp nghiên cứu phân tích thực nghiệm; (4). Phương pháp phân tích thống kê; (5). Phương pháp đối chiếu so sánh; (6). Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a. Ý nghĩa khoa học của luận án - Đánh giá được hiệu quả xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu bằng mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH. -Xác định được hệ số phân hủy chất ô nhiễm của các công trình BLTC và HSH làm cơ sở tính toán thiết kế và vận hành các hệ thống XLNT theo công nghệ kết hợp BLTC và HSH. - Đề xuất các mô hình kết hợp BLTC và HSH ứng dụng trong xử lý NTSH các khu dân cư ven đô LVS Cầu, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt giá trị giới hạn cột A của QCVN 14:2008/BTNMT. b. Ý nghĩa thực tiễn của luận án - Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện nâng cao khả năng ứng dụng các mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH để xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu đảm bảo đạt giá trị giới hạn cột A của QCVN 14:2008/BTNMT. - Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu, nhà quản lý lựa chọn giải pháp xử lý NTSH bằng mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH cho các khu dân cư ven đô LVS Cầu và cho đào tạo đại học, cao học chuyên ngành. 8. Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã xác định được hệ số phân huỷ chất hữu cơ của hồ tùy tiện và hồ hiếu khí trong xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu. - Luận án đã xác định được hệ số phân huỷ chất hữu cơ, các hợp của nitơ, phốt pho của bãi lọc HF và FWS trong xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu. - Luận án đã đề xuất được các mô hình công nghệ kết hợp BLTC và HSH để xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu đạt tiêu chuẩn Cột A của QCVN 14:2008/BTNMT và phạm vi ứng dụng của chúng.
3 9. Kết cấu của luận án Luận án gồm 149 trang đánh máy A4 được đánh số cụ thể như sau: Mở đầu (5 trang); Chương 1: Tổng quan về NTSH và ứng dụng công nghệ HSH và BLTC trong xử lý NTSH trên thế giới và Việt Nam (25 trang); Chương 2: Cơ sở lý thuyết của công nghệ HSH và BLTC trong xử lý NTSH (30 trang); Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm (21 trang); Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (53 trang); Kết luận, Kiến nghị (2 trang); Danh mục các công trình đã công bố (1 trang); Tài liệu tham khảo (12 trang). Ngoài ra luận án còn có một số phần không đánh số gồm có: Bìa luận án (2 trang); Lời cam đoan (1 trang); Mục lục (4 trang); Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt (2 trang); Danh mục bảng (2 trang); Danh mục hình vẽ (4 trang) và Phụ lục (22 trang). CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HỒ SINH HỌC, BÃI LỌC TRỒNG CÂY TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT 1.1. Tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt 1.1.1. Đặc điểm thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt NTSH là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ,… NTSH chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất lơ lửng, chất dinh dưỡng N, P và các vi sinh vật gây bệnh… nếu không được thu gom, xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận thì sẽ trở thành nguồn gây ô nhiễm cho các nguồn nước mặt, nước ngầm, mất vệ sinh môi trường và gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe cộng đồng. 1.1.2. Thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt NTSH được thu gom và xử lý bằng hai hình thức chính là XLNT tập trung và phi tập trung. Tại Việt Nam hiện nay, NTSH tại các đô thị chủ yếu được thu gom xử lý theo hình thức xử lý tập trung. Nước đen sau khi xử lý sơ bộ qua bể tự hoại, được thu gom vào hệ thống cống thu gom cùng với nước xám vào HTTN chung của đô thị, rồi đưa đến các khu XLNT tập trung hoặc thải trực tiếp vào các nguồn nước tiếp nhận. Trong những năm qua, quá trình đô thị hóa phát triển, mật độ dân số tăng nhanh trong khi cơ sở vật chất hạ tầng không đáp ứng kịp, đặc biệt là HTTN, nên các hệ thống thu gom và XLNT tập trung mới chỉ phục vụ cho nhu cầu dân cư các khu vực nội thành, nội thị. Đối với những khu vực có mật độ dân cư thấp, hệ thống thu gom nước thải chưa đồng bộ, không có khả năng hoặc chưa thể kết nối với HTTN tập trung như các khu dân cư ven đô, khu dân cư mới hình thành… thì giải pháp XLNT phi tập trung là biện pháp phù hợp nhất. 1.1.3. Hiện trạng thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt các khu dân cư ven đô lưu vực sông Cầu * Hệ thống thoát nước các đô thị LVS Cầu: Quá trình đô thị hóa dẫn đến sự phát triển của các đô thị, dân số đô thị tăng nhanh, cơ sở vật chất hạ tầng ngày càng được cải thiện, nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu đặc biệt là HTTH. HTTN các đô thị LVS Cầu hiện nay phần lớn là HTTN chung. Nước mưa và nước thải thường được thu gom về hệ thống xử lý tập trung (nếu có) và dẫn ra kênh, rạch, mương, suối tự nhiên rồi được thoát ra các sông, suối LVS Cầu. Hiện nay, các đô thị chính trong LVS đã và đang thực hiện các dự án nâng cấp các hệ thống thu gom và XLNT tập trung. Tuy nhiên các dự án được thực hiện tại các khu vực nội thị mới chỉ thu gom xử lý được từ 40-70% NTSH phát sinh. Phần nước thải không được thu gom xử lý sẽ được thấm, thoát tự nhiên vào các kênh, mương, suối và chảy vào sông Cầu, trở thành nguồn gây ô nhiễm nước sông Cầu. * Hiện trạng thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt các khu dân cư ven đô LVS Cầu: Do tác động của quá trình đô thị hóa và kết quả của việc thực hiện “Chương trình mục tiêu quốc gia về xây dựng nông thôn mới”, các xã vùng ven có những thay đổi nhanh chóng về cơ sở vật chất hạ tầng, kinh tế phát triển, đời sống văn hóa, vật chất tinh thần. Tuy nhiên, NTSH các khu dân cư ven đô, vùng nông thôn LVS Cầu chưa có hệ thống thu gom và xử lý đạt quy định trước khi thải vào nguồn nước. Tình trạng ô nhiễm môi trường vẫn đang là vấn đề bức xúc của người dân, đặc biệt là hệ thống thu gom và xử lý NTSH. 1.2. Tổng quan những nghiên cứu ứng dụng hồ sinh học xử lý nƣớc thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam * Trên thế giới: HSH đã được ứng dụng trong XLNT từ đầu thế kỷ XX tại các nước phát triển và đang phát triển. Công trình đầu tiên trên thế giới được xây dựng vào năm 1901, tại San Antonio, Tex, Mỹ. Đến năm 1962, có 1674 HSH được sử dụng ở Mỹ để XLNT đô thị, công nghiệp và nông nghiệp. Những kinh nghiệm thành công đã được công bố ở Australia; New Zealand; Israel, Brazil, Nam Phi, Ấn Độ và Canada. Hiện nay, tại Mỹ, Pháp, Đức và New Zealand tương ứng đã có 8000, 2.500, 3000 và 100 nhà máy XLNT đô thị bằng công nghệ HSH được sử dụng. * Tại Việt Nam: Đến năm 1985, mới có một số công trình nghiên cứu XLNT bằng HSH của Trần Hiếu Nhuệ và Trần Đức Hạ đề xuất công nghệ XLNT đô thị để bảo vệ một số nguồn nước Hà Nội và vùng phụ cận theo mô hình keo tụ - lắng và HSH. Hiện nay đã có 17 hệ thống XLNT đô thị ứng dụng công nghệ HSH trong XLNT được xây dựng tại các tỉnh, thành. Ngoài ra, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã triển khai
4 một số mô hình ứng dụng HSH trong XLNT khu dân cư có hiệu quả khá cao như: mô hình kết hợp bể xử lý yếm khí vách ngăn-ABR với HSH để XLNT khu dân cư vùng nông thôn tại Tân Hòa - Quốc Oai - Hà Nội năm 2003; mô hình kết hợp ABR và hồ tùy tiện kết hợp thực vật để XLNT sinh hoạt và giết mổ cho khu dân cư tại thị trấn Lim – Tiên Du – Bắc Ninh, công suất 30 m3/ngày.đêm năm 2006, 2007. 1.3. Tổng quan những nghiên cứu ứng dụng bãi lọc trồng cây xử lý nƣớc thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam *Trên thế giới: Những nghiên cứu sử dụng đất ngập nước để XLNT được thực hiện đầu tiên tại Đức vào những năm 1950, tại Mỹ vào những năm 1960, 1970 và sau đó đã trở lên phổ biến trên toàn thế giới. Dạng BLTC được ứng dụng đầu tiên trong XLNT là BLTC ngập nước (FWS). Ở Châu Âu, các hệ thống bãi lọc dòng chảy ngầm (SSF) qua đất và sỏi đã được sử dụng rất phổ biến với hơn 500 hệ thống để xử lý bậc hai đối với NTSH từ các khu vực nông thôn có dân số khoảng 4400 dân. Ở Bắc Mỹ hệ thống này thường được sử dụng xử lý bậc ba đối với NTSH từ các khu vực có dân số lớn. Dạng bãi lọc SSF được xây dựng đầu tiên là bãi lọc SSF dòng chảy ngang (HF) được phát triển bởi Kathe Seidel (1965) tại Đức. Đến những năm 1990, HF mới trở lên phổ biến rộng khắp Châu Âu. HF được giới thiệu vào Bắc Mỹ, Australia vào cuối những năm 1980. Sau đó, hệ thống bãi lọc HF được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới như Đức: 50.000 hệ thống, Bắc Mỹ: 8000; Vương quốc Anh: 1000; Italy: 300; Đan Mạch: 200; Cộng hòa Czech: 160; Hà Lan, Bồ Đào Nha: 120, Slovenia, Pháp, Estonia, Na Uy, Thụy Sỹ. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của HF từ số liệu thực nghiệm của nhiều quốc gia như Australia, Braxin, Canada, Cộng hòa Czech, Đan Mạch, Đức, Ấn Độ, Mê hi cô, Niu Di Lân, Hà Lan, Slovenia, Thụy Sỹ, Mỹ và Vương quốc Anh cho thấy, HF có hiệu quả xử lý cao đối với các BOD, COD, SS và Coliform đạt 85, 75, 83 và 92% tương ứng, nhưng lại có hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng thấp, hiệu xuất xử lý với TN, TP, NH4+-N và NO3-- N là 41, 42, 48 và 35%. Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng (VF) được giới thiệu lần đầu tiên bởi Seidel năm 1965 ở Đức để oxi hóa dòng thải ra từ bể tự hoại. Tuy nhiên, VF không được phát triển rộng khắp như HF vì những yêu cầu vận hành và duy trì cao hơn do cần bơm nước thải để phân phối nước trên bề mặt. Lợi thế chính của VF là quá trình trao đổi oxi trong lớp lọc được cải thiện cho phép khả năng nitrat hóa cũng như xử lý chất hữu cơ cao hơn HF. Việc chuyển từ HF sang VF diễn ra ở Châu Âu trong những năm 1990 do nhu cầu nitrat hóa và tầm quan trọng của việc cải thiện tỷ lệ trao đổi oxi mặc dù tính phức tạp gia tăng của hệ thống VF và chi phí vận hành tăng. VF được sử dụng chủ yếu ở Châu Âu và Mỹ. Trên 250 hệ thống VF đã được lắp đặt từ năm 1994 ở Netherlands và Bỉ. * Tại Việt Nam: Theo nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh và các cộng sự (2006) Trường Đại học Xây dựng Hà Nội với đề tài: “Xử lý NTSH bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” từ 8/2004 -12/2005 cho thấy: bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng sử dụng vật liệu sỏi hoặc gạch để xử lí nước thải sau bể tự hoại, trồng các loại thực vật nước như cỏ nến, thủy trúc, sậy, phát lộc... cho phép đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường hay tái sử dụng. Đây là công nghệ phù hợp với điều kiện của Việt Nam, nhất là cho quy mô hộ, nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, các trang trại, làng nghề. Năm 2010, Tổng Công ty đầu tư Nước và Môi trường Việt Nam (VIWASEEN) đã triển khai một số mô hình kết hợp bể BASTAF kết hợp với bãi lọc HF để xử lý NTSH tại một số tỉnh thành của Việt Nam như tại Hòa Bình, Hưng Yên, Thái Bình. Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải QCVN 14:2008 cột B, tạo cảnh quan và hạn chế cơ bản ô nhiễm môi trường cho địa phương. Trong chương trình Nước và Vệ sinh cho các thị trấn nhỏ tại Việt Nam sử dụng vốn ODA không hoàn lại của Chính phủ Phần Lan các giai đoạn I và II (2004 -2013), một số công trình XLNT quy mô nhỏ công suất từ 100 - 500 m3/ngày đã được triển khai tại 8 tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái, Thái Bình, Hưng Yên, Hải Phòng và Bắc Kạn. Công nghệ XLNT chủ yếu là theo sơ đồ bể BASTAF – BLTC. Trong đó có một số công trình được triển khai tại các thị trấn Chợ Rã (Ba Bể); Yến Lạc (Na Rì) và Chợ Mới thuộc tỉnh Bắc Kạn. Trong giai đoạn III, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt danh mục Dự án “Chương trình Nước và Vệ sinh cho các thị trấn nhỏ tại Việt Nam giai đoạn III” sử dụng vốn ODA không hoàn lại của Chính phủ Phần Lan. Tuy nhiên do khó khăn thu gom nước thải và nguồn kinh phí để vận hành nên các hệ thống này hoạt động không hiệu quả. 1.4. Tổng quan những nghiên cứu ứng dụng công nghệ kết hợp bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nƣớc thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam * Trên thế giới BLTC ứng dụng để nâng cao chất lượng nước ra khỏi HSH đã được sử dụng từ đầu những năm 1990, từ dạng đơn giản như sử dụng thực vật nước trôi nổi phát triển trên mặt một phần vùng nước ra khỏi hồ. Hiện nay, các bãi lọc FWS và SSF được sử dụng phổ biến hơn, hiệu quả cao với tải lượng SS trong khoảng 10-48 kg/ha/ngày và lớp phủ thực vật được duy trì đầy đủ, đặc biệt ở vùng nước ra của bãi lọc. Bãi lọc HF kết hợp với HSH triệt để xử lý bậc ba trong hệ thống XLNT phân tán (DEWATS) do tổ chức BORDA (Đức) nghiên cứu và phổ biến từ năm 1993 tại nhiều nước trên thế giới. Hiện nay, đã có hơn 500 hệ thống DEWATS đang hoạt động hiệu quả ở các nước như Indonesia, Ấn Độ, Philippin, Trung Quốc, Việt Nam và các nước Nam
5 Phi. Công nghệ DEWATS được xem như là một giải pháp hữu hiệu cho XLNT phân tán từ các cụm dân cư, bệnh viện, khách sạn, trang trại, các lò giết mổ gia súc…tại các nước đang phát triển. Hệ thống thường áp dụng cho XLNT hữu cơ với quy mô dưới 1000 m3/ngày.đêm, hiệu quả xử lý cao, thích ứng với sự dao động về lưu lượng, thân thiện môi trường, vận hành đơn giản và chi phí thấp… Tuy nhiên, hệ thống có một số nhược điểm như: thiết kế phải phù hợp với điều kiện địa phương; tốn diện tích; đất không bị sụt lún; không xử lý được nước thải chứa các chất ô nhiễm vô cơ như kim loại, hóa chất… Nghiên cứu khả năng xử lý NTSH khu dân cư bằng công nghệ kết hợp HSH và BLTC đã được triển khai cho khu dân cư 825 người tại vùng Vermontille, Michigan, Mỹ. Hệ thống được xây dựng trên một khu đồi, từ năm 1972 gồm 2 hồ tùy tiện diện tích 4,4 ha và 4 bãi lọc FWS diện tích 4,6 ha, công suất 3.785 m3/ngày (0,1MGD). Nước thải vào BOD5 = 280 mg/L; TKN = 81 mg/L; NO3--N = 1,3 mg/L; TP = 5,3 mg/L. Nước thải sau xử lý có các thông số trung bình đạt là BOD5 = 3,5 mg/L;TSS = 4,2 mg/L; TP = 0,24 mg/L; NH4+-N = 0,86 mg/L; pH = 6,6-7,2; DO = 7 mg/L (5,4-9,4 mg/L); số Fecal Coliform/100 mL dưới 1000. * Tại Việt Nam Tháng 4/2008 sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh được sự tài trợ của Bộ ngoại giao Cộng hoà Sec và Đại sứ quán Hà Lan đã triển khai thực hiện dự án: “Cải thiện hệ thống XLNT thôn Đào Xá”, xây dựng hệ thống XLNT sinh hoạt công suất 200 m3/ngày theo công nghệ BLTC và HSH hoạt động từ 29/4/2009. Tuy nhiên hệ thống hiện nay đang bị quá tải và đã ngừng hoạt động. Bãi lọc HF và HSH xử lý triệt để được nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam qua mô hình công nghệ DEWATS, được BORDA giới thiệu vào Việt Nam từ năm 2004. Đến nay, hệ thống DEWATS đã được áp dụng xử lý NTSH, nước thải sản xuất và nước thải bệnh viện tại một số địa phương như: Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hà Nội và Hà Nam. Kết quả kiểm nghiệm chất lượng nước sau khi được xử lý bằng DEWATS tại bệnh viện Đa khoa Kim Bảng, Hà Nam cho thấy, nước thải sau xử lý đạt hiệu quả loại vi khuẩn đến 95 - 97%, chỉ số BOD5 đạt 4 mg/L, COD là 16 mg/L. Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường - Tổng cục Môi trường đã triển khai hai dự án xử lý NTSH có sử dụng công nghệ kết hợp HSH và BLTC vào năm 2011 và 2013. Dự án thứ nhất là: “Xây dựng mô hình hệ thống xử lý NTSH bằng công nghệ thấm lọc cho các khu dân cư và đô thị dọc LVS Nhuệ - Đáy”, công suất 950 m3/ngày.đêm, nghiệm thu vào tháng 1/2011. Hệ thống gồm bể lắng cát, bể điều hòa, trạm bơm, bể lắng đứng, máng tràn bậc thang, bể thu nước, BLTC và hồ sinh thái. Hiện nay, lượng nước thải thu gom được rất ít nên nhà máy chỉ hoạt động cầm chừng. Dự án thứ hai là: “Xây dựng thí điểm mô hình trạm xử lý NTSH bằng công nghệ kỵ khí kết hợp với bãi lọc ngầm trồng cây”, tại phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên, công suất 750 m3/ngày.đêm, nghiệm thu vào tháng 12/2013. Hệ thống gồm có hố ga, song chắn rác, bể lắng cát, bể lọc kỵ khí, trạm bơm, bể phân phối, máng tràn bậc thang, hố ga phân phối, BLTC và hồ sinh thái. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải đầu vào, đầu ra sau gần một năm hoạt động đều đạt giới hạn cho phép cột B QCVN 14:2008/BTNMT. Đến nay, hệ thống vẫn duy trì hoạt động, nhưng do lượng nước thải thu gom được ít nên hoạt động gián đoạn. Hồ sinh thái được thả cá với mật độ dày đặc làm giảm vai trò xử lý. Do đó, việc đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống là điều khó khăn. Năm 2017, Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng đã triển khai xây dựng hệ thống HSH kết hợp với BLTC, công suất 36.000 m3/ngày, có chức năng kiểm soát sự cố, chỉ thị sinh học và xử lý bổ sung hai dòng nước thải sau trạm XLNT sinh hóa và sau trạm XLNT công nghiệp của Công ty Fomosa Hà Tĩnh. Hiện nay, hệ thống đang hoạt động với hiệu quả cao và đảm bảo XLNT của Công ty Fomosa Hà Tĩnh đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra biển. 1.5. Nhận xét chung chƣơng 1 (1). NTSH có chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ phân hủy, VSV gây bệnh, các chất dinh dưỡng N, P cần được thu gom, xử lý trước khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận. (2). NTSH có thể được thu gom và xử lý bằng hai hình thức chính là XLNT tập trung, XLNT phi tập trung. Tại Việt Nam hiện nay, XLNT tập trung chỉ phù hợp với các đô thị tập trung đông dân cư. Đối với những khu dân cư ven đô, các đô thị, khu dân cư mới hình thành, vùng dân cư nông thôn… thì giải pháp XLNT phi tập trung là biện pháp phù hợp nhất. (3). Các tỉnh trong LVS Cầu có tốc độ phát triển kinh tế xã hội nhanh. Các vùng ven đô LVS Cầu chưa có hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh đặc biệt là HTTN và XLNT. Phần lớn các khu dân cư xả trực tiếp nước thải ra kênh, mương, ao, hồ, ruộng trũng và vùng đất trũng xung quanh... trở thành một trong những nguồn gây ô nhiễm cho LVS Cầu. Vì vậy, việc tổ chức thoát nước và XLNT phi tập trung với các công trình có chi phí đầu tư, xây dựng và vận hành thấp là điều hết sức cấp thiết. (4). HSH và BLTC là những công trình XLNT trong điều kiện tự nhiên, chi phí thấp, phù hợp để xử lý NTSH quy mô nhỏ và vừa cho các khu đô thị và các khu dân cư vùng ven đô hiện nay. Tuy nhiên khi sử dụng riêng rẽ chúng trong hệ thống XLNT thì sẽ có những nhược điểm nhất định làm hạn chế khả năng ứng
6 dụng. Nghiên cứu khả năng kết hợp hai loại công trình này trong một hệ thống xử lý sẽ mang lại hiệu quả xử lý cao hơn, tăng khả năng ứng dụng của công nghệ, góp phần cải thiện cảnh quan và môi trường khu vực. (5). Tại Việt Nam hiện nay, các nghiên cứu mô hình kết hợp BLTC và HSH để xử lý NTSH đạt mức A của QCVN 14:2008/BTNMT còn ít. Một số nghiên cứu ứng dụng sử dụng kết hợp công nghệ HSH và BLTC trong một hệ thống XLNT đã cho thấy những hiệu quả bước đầu, nhưng chưa có những đánh giá, theo dõi lâu dài về hiệu quả hoạt động nên chưa đánh giá được hiệu quả thực sự của các hệ thống, chưa đưa ra được các sơ đồ công nghệ kết hợp, các thông số thiết kế, vận hành của các công trình HSH và BLTC khi sử dụng kết hợp trong một hệ thống để XLNT. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT 2.1. Cơ sở lý thuyết xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng hồ sinh học * Khái niệm và phân loại hồ sinh học HSH là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn. Khi nước thải được dẫn vào hồ sẽ diễn ra quá trình chuyển hoá các chất bẩn chủ yếu nhờ các loại vi khuẩn và tảo sống trong hồ. Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch trong các sông hồ tự nhiên. HSH thường được chia thành 3 loại chính là HSH kị khí, HSH tùy tiện và HSH hiếu khí/HSH xử lý triệt để. HSH thường được ứng dụng để XLNT đô thị và các khu dân cư đạt hiệu quả xử lý cao các chất hữu cơ, N, P, VSV gây bệnh. * Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt bằng hồ sinh học -Cơ chế xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Khi nước thải vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng được lắng xuống đáy. Các chất hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp thụ và oxi hóa tạo ra sản phẩm là sinh khối, CO2, các muối nitrat, nitrit... Sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện chủ yếu nhờ vi khuẩn và một phần nhỏ nhờ Protozoa. Vi khuẩn sẽ tạo thành CO2 và nước trong điều kiện hiếu khí, tạo axit hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Khí CO2 và các hợp chất nitơ, photpho được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp. Trong giai đoạn này sẽ giải phóng oxi cung cấp cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. - Cơ chế xử lý các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho: Các hợp chất N-hữu cơ được khoáng hóa thành amoni trong HSH kị khí hoặc trong bùn cặn của HSH tùy tiện. Quá trình nitrat hóa xử lý amoni chủ yếu diễn ra trên tầng mặt HSH tùy tiện và trong HSH triệt để. Quá trình này diễn ra ở mùa hè mạnh hơn mùa đông. Có 3 cơ chế xử lý amoni trong hồ là: bay hơi amoniac, nitrat hóa do các vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter, sau đó là quá trình khử nitrat và tổng hợp N trong sinh khối tảo. Phốt pho được loại bỏ khỏi nước trong hồ ổn định bằng cách hấp thụ vào sinh khối của tảo, hô hấp và lắng đọng. Quá trình dinh dưỡng trong hệ sinh thái HSH đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý N, P trong nước thải vào hồ. -Cơ chế diệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán +Diệt vi khuẩn gây bệnh: Các yếu tố chính tác động đến quá trình diệt khuẩn gây bệnh trong hồ là cường độ ánh sáng, nhiệt độ, pH và HRT. Mức độ diệt khuẩn Feacal tăng lên trong điều kiện nhiệt độ cao (pH > 9), HRT lâu và cường độ bức xạ ánh sáng lớn. + Tiêu diệt trứng giun sán: Trứng giun sán thường được loại bỏ nhờ quá trình lắng đọng trong HSH kị khí và HSH tùy tiện sơ cấp. * Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học Các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình XLNT trong HSH gồm có nhiệt độ, cường độ ánh sáng, nồng độ và tải lượng chất hữu cơ, hàm lượng chất dinh dưỡng, pH và nồng độ oxi hòa tan. * Mô hình động học quá trình phân hủy chất hữu cơ bằng hồ sinh học Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong HSH thường gần đúng với động học phản ứng bậc 1, nghĩa là tốc độ oxi hóa chất hữu cơ ở bất kỳ thời điểm nào là tỷ lệ với hàm lượng chất hữu cơ có mặt trong hệ thống ở thời điểm đó [81]. Điều này được diễn đạt bằng công thức toán học như sau: (2-6) Trong đó: - L: Lượng BOD còn lại ở thời điểm t, mg/L - k: Hằng số tốc độ phản ứng oxi hóa chất hữu cơ bậc 1, ngày-1. k phụ thuộc vào nhiệt độ T, dao động từ 0,05-1 ngày-1. Ở điều kiện nhiệt độ T, k sẽ là: kT = k20. (1,06)T-20 (2-7) k phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc tính nước thải vào hồ, hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải, tải lượng chất hữu cơ và các yếu tố sinh học khác. Vì vậy, k phải được xác định bằng thực nghiệm theo điều kiện từng địa phương và từng loại nước thải. 2.2. Cơ sở lý thuyết xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây
7 * Khái niệm: BLTC là những hệ thống kỹ thuật mà được thiết kế và xây dựng sử dụng các quá trình tự nhiên liên quan đến thực vật ở đất ngập nước, đất và hệ VSV trong một hệ thống để XLNT. * Phân loại BLTC: BLTC có thể được phân loại theo nhiều yếu tố khác nhau nhưng hai yếu tố quan trọng nhất là chế độ dòng chảy và loại thực vật phát triển trong bãi lọc. BLTC được phân thành hai loại chính là BLTC dòng chảy bề mặt (FWS) và BLTC dòng chảy ngầm (SSF). SSF gồm có hai loại là bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang (HF) và bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng (VF). *Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây - Cơ chế xử lý các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học: Trong các bãi lọc, phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học có trong nước thải. BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng. - Cơ chế xử lý các hợp chất của Nitơ: Các hợp chất của Nitơ trong nước thải được xử lý trong bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế sau: nitrat hóa/khử nitrat; sự bay hơi của amoniac (NH3) và sự hấp thụ của thực vật. - Cơ chế xử lý các hợp chất của phốt pho (P): Trong các BLTC, P được xử lý bằng các cơ chế sau: hấp phụ và kết tủa lên bề mặt vật liệu lọc, dự trữ trong sinh khối và tích tụ vào trầm tích/đất. - Cơ chế xử lý vi khuẩn và vi rút: Vi khuẩn và vi rút có trong nước thải được xử lý nhờ các cơ chế sau: Các quá trình vật lý như dính kết và lắng, lọc, hấp phụ; điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài như điều kiện pH, nhiệt độ, bức xạ mặt trời, thiếu dinh dưỡng do các sinh vật khác ăn; quan hệ đối kháng giữa vi khuẩn dị dưỡng với các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thải. - Cơ chế loại bỏ các chất rắn: Các chất rắn lắng được được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực và lọc. Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua các cơ chế lọc (nếu sử dụng cát lọc), lắng và phân hủy sinh học (do sự phát triển của vi khuẩn), hút bám, hấp phụ lên các chất rắn khác (thực vật, đất, cát, lớp sỏi nền...) nhờ lực hấp dẫn Van der Waals, chuyển động Brown. * Mô hình động học quá trình phân hủy các chất ô nhiễm trong bãi lọc trồng cây -Mô hình động học của Reed et al. (1995) Reed et al. (1995) coi BLTC như là các bể phản ứng sinh học với VSV sinh trưởng bám dính. Theo Reed (1995), quá trình xử lý BOD, NH4+-N, NO3- -N, trong BLTC tuân theo động học phản ứng bậc 1 với dòng chảy đẩy. Reed (1995) tách riêng các công thức cho TSS, TP. Quá trình xử lý vi sinh vật gây bệnh trong BLTC xảy ra tương tự như trong HSH. + Quá trình xử lý BOD, NH4+-N, NO3--N, trong BLTC được mô tả theo công thức: (2-23) C  ln  i   KT .t  Ce  KT  K R . RTW TR (2-26) Trong đó: - Ce: Nồng độ chất ô nhiễm trong dòng ra, mg/L - Ci: Nồng độ chất ô nhiễm trong dòng vào, mg/L - KR: Hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ đang xét, ngày-1 - KT: Hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T của nước, ngày-1 - t: Thời gian lưu nước thủy lực, ngày - Tw: Nhiệt độ nước, oC - TR: Nhiệt độ xem xét, oC - R: Hệ số nhiệt độ đối với hằng số tốc độ phản ứng * Mô hình động học của Kadlec and Knight (1996) Kadlec và Knight (1996) cũng coi BLTC như là các bể phản ứng sinh học bám dính. Kadlec và Knight đưa ra mô hình dòng đẩy phản ứng bậc 1 cho tất cả các chất ô nhiễm, bao gồm BOD, TSS, TP, TN, N-hữu cơ, NH4+-N, NOx-N, Faecal Coliform. Mô hình của họ dựa vào các hằng số tốc độ phản ứng bậc 1, mà không phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì vậy, mô hình của Kadlec và Knight ít nhạy cảm với những điều kiện khí hậu khác nhau. (2-31) (2-32) q = Q/As (2-33) Trong đó: - As: Diện tích xử lý của BLTC (m2); - Xe: Nồng độ chất ô nhiễm ở dòng ra (mg/L); - Xi: Nồng độ chất ô nhiễm ở dòng vào (mg/L),
8 - X*: Nồng độ nền của chất ô nhiễm, mg/L, - k: Hằng số tốc độ phản ứng bậc 1 (m/ngày), - q: Tốc độ tải thủy lực (m3/m2.ngày hoặc m/ngày), - Q: Tốc độ dòng chảy trung bình qua bãi lọc (m3/ngày). Kadlec và Knight (1996) ủng hộ việc sử dụng các thông số trên toàn cầu mà họ đã xác định được từ phân tích những dữ liệu sẵn có của dòng chảy đẩy để cập nhật cơ sở dữ liệu ở vùng Bắc Mỹ trong những hệ thống khác. Những thông số đặc trưng nên được xác định theo địa phương trước khi đầu tư vào hệ thống quy mô đầy đủ, để đảm bảo sự phù hợp của thiết kế. Cũng vì vậy, các biểu thức (2-31) và (2-32) được đưa vào TCVN 7957:2008 về hướng dẫn thiết kế BLTC. *Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của BLTC: Hiệu quả xử lý của BLTC phụ thuộc nhiều vào các yếu tố môi trường và các yếu tố vận hành. Tuy nhiên các yếu tố môi trường và vận hành chính ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý của bãi lọc là pH, nhiệt độ, oxy hòa tan; tải lượng thủy lực/thời gian lưu, tải lượng chất ô nhiễm, chế độ cấp nước, dòng tuần hoàn và thu hoạch sinh khối. 2.3. Nhận xét chung chƣơng 2 (1). HSH là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo không lớn. Quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải vào hồ chủ yếu nhờ hoạt động của các loại vi khuẩn và tảo. Hiệu suất xử lý của HSH phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên và các yếu tố vận hành. HSH có nhiều ưu điểm như chi phí thấp, dễ xây dựng, có tính đệm cao và hiệu suất xử lý cao với các chất hữu cơ và VSV gây bệnh. Tuy nhiên HSH cũng có một số nhược điểm như hiệu suất xử lý chất lơ lửng thấp, tốn diện tích và phát sinh mùi. Động học quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ trong hồ gần đúng với động học phản ứng bậc 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất hữu cơ được thể hiện qua hệ số phân hủy chất hữu cơ (k). k phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc tính nước thải, hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải, tải lượng chất hữu cơ và các yếu tố sinh học khác. Vì vậy, k phải được xác định bằng thực nghiệm theo điều kiện từng địa phương và từng loại nước thải. (2). BLTC là các hệ thống kỹ thuật kết hợp thực vật ở đất ngập nước, đất/vật liệu lọc và hệ VSV tạo thành một hệ thống trong điều kiện tự nhiên để XLNT. Quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong BLTC nhờ vào các cơ chế vật lý, hóa học và sinh học diễn ra trong bãi lọc. Hiệu suất xử lý của BLTC phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên và các yếu tố vận hành. BLTC có nhiều ưu điểm như chi phí thấp, dễ vận hành, thân thiện môi trường, hiệu quả xử lý cao với chất hữu cơ, chất lơ lửng và VSV gây bệnh, làm tăng đa dạng sinh học, tạo cảnh quan cho khu vực… BLTC cũng có nhược điểm như hiệu suất xử lý nitơ không cao, tốn diện tích, tốn chi phí vật liệu lọc, phát sinh mùi và sinh vật gây hại. Động học quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm trong BLTC được mô tả theo mô hình dòng đẩy phản ứng bậc 1, hằng số tốc độ phản ứng (k) cần được xác định bằng thực nghiệm theo địa phương để đảm bảo sự phù hợp của thiết kế. (3). HSH và BLTC là các công nghệ XLNT trong điều kiện tự nhiên. Quá trình xử lý các chất ô nhiễm phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên và các yếu tố vận hành khác như chế độ thủy lực, thời gian lưu, tải lượng chất ô nhiễm. Cơ chế xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng của NTSH như hợp chất hữu cơ, các chất lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh của HSH và BLTC có nhiều đặc điểm tương đồng, tuy nhiên điều kiện và hiệu quả xử lý trong các công trình này không giống nhau. Vì vậy, việc kết hợp HSH và BLTC trong một hệ thống để xử lý được nước thải đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường là hoàn toàn phù hợp. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Lựa chọn địa điểm nghiên cứu Địa điểm nghiên cứu là một khu dân cư điển hình cho các khu dân cư ven đô thuộc LVS Cầu, đã có hệ thống thoát nước tập trung. Địa điểm nghiên cứu cần có nguồn nước thải ổn định, có đất xây dựng mô hình thí nghiệm, không gây ảnh hưởng tới dân cư xung quanh. Sau khi khảo sát trên địa bàn Tp. Sông Công, tỉnh Thái Nguyên, khu dân cư tại phường Bách Quang được lựa chọn làm địa điểm đặt mô hình nghiên cứu của luận án. Đây là một khu vực dân cư điển hình giống như các khu vực ven đô khác của các đô thị lớn trên địa bàn LVS Cầu. Phường Bách Quang thành lập năm 2011, cách trung tâm Tp. Sông Công 1 km, có địa hình và đường giao thông thuận tiện… Tổng diện tích đất 8,525 km2, dân số 5.142 người (năm 2014) [31]. Tp. Sông Công có địa hình tương đối bằng phẳng, độ cao trung bình khu vực nội thị là 15-17m. Khí hậu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa nóng từ tháng 4 - tháng 10, thường có gió đông nam thổi về, mưa nhiều; mùa lạnh từ tháng 11 - tháng 3 năm sau, thường có gió mùa đông bắc tràn xuống, nhiệt độ hạ thấp, trời rét. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 220C, nhiệt độ cao nhất trung bình 380C (vào tháng 7, tháng 8), thấp nhất khoảng 150C - 160C (vào tháng 1). Số giờ nắng trong năm đạt 1.628 giờ, năng lượng bức xạ 115 kcal/cm2. Theo quy hoạch, NTSH của các khu dân cư, công sở, trường học của phường Bách Quang được thu gom và đưa về hệ thống xử lý tập trung của phường được vận hành từ tháng 12/2013, công suất 750 m3/ngày.đêm, diện tích 5.000 m2 do Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường thuộc Tổng Cục môi trường xây dựng. Sơ đồ công nghệ của hệ thống XLNT tập trung này được thể hiện trong Hình 3.1
9 Hố ga thu nước Song chắn rác Bể lắng cát Bể lọc kỵ khí Máng tràn bậc Bể phân phối Bể lắng đứng Hố bơm thang Hố ga phân Bãi lọc trồng cây Ao sinh thái Nguồn tiếp nhận phối nước Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống XLNT tập trung phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên Sau gần một năm hoạt động, Trung tâm đã lấy mẫu phân tích nước thải đầu vào, đầu ra của hệ thống. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đều đạt giới hạn cho phép cột B QCVN 4:2008/BTNMT. Cho đến nay, hệ thống vẫn duy trì hoạt động. Tuy nhiên, chỉ khu dân cư mới quy hoạch thuộc tổ dân phố Bình Minh và La Đình có hệ thống thu gom nước thải đưa về hệ thống xử lý tập trung. Lượng NTSH ước tính khoảng 31,1 m3/ngày (tính theo định mức nước cấp là 120 lít/người) bằng 4,15% so với công suất thiết kế. Mỗi tuần nước thải được bơm từ hố bơm lên bể phân phối từ 1 đến 2 lần, nên hệ thống hoạt động gián đoạn, chưa hết công suất. Ao sinh thái sau bãi lọc HF có tác dụng ổn định nước thải và khử trùng. Tuy nhiên, ao được thả cá với mật độ dày đặc, hàng ngày bổ sung thức ăn cho cá làm giảm vai trò xử lý. Do đó, việc đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống là điều khó khăn. Để xác định thành phần nước thải, các mẫu nước thải đã được lấy sau song chắn rác và tại hố bơm của hệ thống vào các ngày 3, 4, 5/5/2014 và phân tích tại Phòng thí nghiệm môi trường nước thuộc Bộ môn Cấp thoát nước-Trường Đại học Xây dựng. Kết quả phân tích của các mẫu được thể hiện trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc trưng NTSH của khu dân cư phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên QCVN 14:2008 STT Thông số Đơn vị M1 M2 /BTNMT Cột A 1 pH - 6,9÷7,4 7,2÷7,5 5÷9 2 TSS mg/L 69,67±13,80 67,00±13,00 50 3 COD mg/L 184,41±24,31 154,55±26,07 - 4 BOD5 mg/L 102,53±14,30 85,00±11,14 30 + 5 NH4 -N mg/L 29,79±0,44 23,44±1,23 5 - 6 NO3 -N mg/L 4,47±1,00 1,73±0,47 30 3- 7 PO4 -P mg/L 0,79±0,06 0,61±0,03 6 8 Coliform MPN/100 mL 131.670±8.020 91.000±10.540 3000 Chú thích: M1, M2: Mẫu nước thải sau song chắn rác và tại hố bơm của hệ thống XLNT phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên. Số lần lấy mẫu n=3. NTSH vào hệ thống XLNT của phường Bách Quang có mức độ ô nhiễm thấp do nước thải đã qua bể tự hoại của các hộ gia đình. Giá trị các thông số vượt giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT không nhiều. Giá trị của các thông số pH, NO3--N, PO43--P đều nằm trong giới hạn cho phép của cột A QCVN 14:2008/BTNMT. Giá trị của thông số TSS, BOD5, NH4+-N và Coliform vượt giới hạn QCVN 14:2008/BTNMT cột A tương ứng là 1,39; 3,42; 5,96 và 43,89 lần. So sánh giá trị các thông số đặc trưng nước thải của mẫu M1 và mẫu M2 cho thấy giá trị các thông số trong mẫu M2 giảm không đáng kể so với mẫu M1. Điều này chứng tỏ bể lọc kỵ khí của hệ thống với HRT ngắn, có hiệu suất xử lý các chất hữu cơ, chất lơ lửng, nitơ, phosphat và Coliform không đáng kể. Bể lọc kỵ khí đóng vai trò như bể chứa nước thải để bơm lên BLTC. Nước thải cấp cho mô hình thí nghiệm được lấy tại hố bơm của hệ thống vì nước thải tại vị trí này có sự khác biệt không đáng kể so với nước thải ban đầu của khu dân cư và ổn định. Điểm lấy nước thải được thể hiện cụ thể trong sơ đồ Hình 3.3. Mô hình thí NTSH khu dân nghiệm cư phường Bách Song Bể lắng Bể lọc Hố Quang chắn rác cát kỵ khí bơm Hệ thống XLNT phường Bách Quang Hình 3.3. Sơ đồ vị trí lấy nước thải cho mô hình thí nghiệm trong hệ thống XLNT phường Bách Quang
10 3.2. Mô hình nghiên cứu thử nghiệm 3.2.1. Thiết kế mô hình nghiên cứu thử nghiệm * Mục đích nghiên cứu thử nghiệm - Nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện với giả thuyết là NTSH sau bể tự hoại của các khu dân cư ven đô được thu gom đưa vào xử lý bằng hệ thống công trình sinh thái kết hợp BLTC và HSH thì sẽ đạt mức A của QCVN 14:2008/BTNMT. Trên cơ sở đó, mục đích của nghiên cứu thử nghiệm bao gồm: Nghiên cứu hiệu quả xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu bằng mô hình kết hợp BLTC và HSH; Nghiên cứu hiệu quả xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu bằng mô hình kết hợp HSH và BLTC; Đánh giá sự thích nghi và tăng trưởng của các loài thực vật được lựa chọn trồng trong các BLTC của mô hình nghiên cứu; Xác định hệ số phân hủy chất hữu cơ trong các HSH với điều kiện tự nhiên LVS Cầu; Xác định hệ số phân hủy các chất ô nhiễm trong các loại BLTC với điều kiện tự nhiên LVS Cầu. * Lựa chọn mô hình nghiên cứu thử nghiệm NTSH khu dân cư đã Xả ra nguồn Hồ tùy tiện Bãi lọc FWS tiếp nhận xử lý sơ bộ (a) NTSH khu dân cư đã Hồ hiếu khí Xả ra nguồn Bãi lọc HF xử lý sơ bộ tiếp nhận (b) Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống xử lý NTSH khu dân cư phường Bách Quang bằng công nghệ kết hợp BLTC và HSH (a) . Mô hình 1; (b). Mô hình 2 * Tính toán thiết kế mô hình thí nghiệm: Kết quả tính toán kích thước của các HSH và BLTC của hai mô hình thí nghiệm như sau: -Mô hình 1: Hồ tùy tiện: L x B x H = (1,22x 1,22 x 1,45)m; Bãi lọc FWS: Lx B x H = (1,20 x 0,80 x 1,45)m. -Mô hình 2: Bãi lọc HF: L x B x H = (1,20 x 0,80 x 0,75)m; Hồ hiếu khí: Lx B x H = (2,40 x 1,00 x 1,00)m. 3.2.2. Bố trí mặt bằng và xác định cao trình của mô hình thí nghiệm - Xác định cao trình: 2 bãi lọc HF có nền đáy là cốt 0,00 m, Hồ hiếu khí cốt nền đáy là -0,25 m, hồ tùy tiện có cốt nền đáy là – 0,55 m, bãi lọc FWS có cốt là – 0,55 m. 7 8 - Bố trí mặt bằng: Để tiết kiệm diện tích và dễ vận hành thì các công trình 3 trong mô hình thí nghiệm được xây dựng hợp khối và được bố trí mặt bằng như thể Nước 4 thải sau hiện trong Hình 3.6 xử lý 2 9 3.3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 1 3.3.1. Lựa chọn vật liệu nghiên cứu Nước 10 5 - Vật liệu lọc sử dụng trong các BLTC thải vào 6 Nước mô hình thải sau gồm có sỏi lọc ( = 2 x 3 cm), sỏi đỡ ( = xử lý 4 x 6 cm) và cát trồng cây ( = 1 x 2 mm). Các loại cây được lựa chọn trồng trong BLTC gồm có cây chuối hoa (Canna Hình 3.6. Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình thí nghiệm. generalis) và cây thủy trúc (Cyperus Chú thích: 1.Bể chứa nước thải vào hệ thống; 2. Bãi lọc ngang trồng cây; 3.Bãi lọc ngang không trồng cây; 4. Hồ hiếu khí; 5.BLTC ngập nước; 6.Hồ tùy tiện; alternifolius). 7.Máng phân phối nước vào bãi lọc; 8.Tấm chắn lơ lửng; 9.Mương thu nước ra 3.3.2. Quy trình vận hành mô hình thí khỏi hồ hiếu khí. 10. Hệ thống thu nước ra khỏi BLTC ngập nước. Đường đi nghiệm của nước trong mô hình thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm được vận hành qua 2 giai đoạn và chia thành 5 đợt, từ 12/2014 đến 5/2016. + Giai đoạn 1: từ ngày 7/12/2014 đến ngày 29/8/2015 (đợt 1), nhằm đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong NTSH khu dân cư phường Bách Quang của 2 mô hình thí nghiệm. Các thông số vận hành được thể hiện trong Bảng 3.4. + Giai đoạn 2: từ ngày 26/9/2015 đến ngày 29/5/2016 (gồm các đợt 2, 3, 4, 5) nhằm đánh giá khả năng chịu tải của 2 mô hình thí nghiệm khi thay đổi lưu lượng nước thải vào và so sánh khả năng xử lý của cây
11 thủy trúc và cây chuối hoa trong bãi lọc HF. Các thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 2 được thể hiện trong Bảng 3.5. Bảng 3.4. Thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 1 Công trình thí nghiệm Thông số vận Đợt thí Mô hình 1 Mô hình 2 Đơn vị hành nghiệm Bãi lọc Hồ tùy tiện Bãi lọc (FWS) Bãi lọc HF2 Hồ hiếu khí HF 1 Q lít/h 4 4 2 2 4 HRT ngày Đợt 1: 20,16 6,36 5,72 4,57 20 3 2 7/12/2014- HLR m /m /ngày - 0,1 0,05 0,05 - 29/8/2015 Loại cây trồng - Cây chuối hoa - Cây chuối hoa - Bảng 3.5. Thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 2 Công trình thí nghiệm Thông số vận Đợt thí Mô hình 1 Mô hình 2 Đơn vị hành nghiệm Hồ hiếu Hồ tùy tiện Bãi lọc (FWS) Bãi lọc HF 1 Bãi lọc HF2 khí Q lít/h 5 5 2 3 5 Đợt 2: HRT ngày 16,12 5,09 4,572 3,05 16 26/9/2015- HLR m3/m2/ngày 13/12/2015 - 0,125 0,05 0,075 - Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h 6 6 3 3 6 HRT ngày Đợt 3: 13,44 4,24 3,05 3,05 13,33 13/12/2015- HLR m3/m2/ngày 21/2/2016 - 0,15 0,075 0,075 - Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h 7 7 3,5 3,5 7 HRT ngày Đợt 4: 11,52 3,64 2,61 2,61 11,43 21/2/2016- HLR m3/m2/ngày 3/4/2016 0,175 0,0875 0,0875 Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h 8 8 4 4 8 Đợt 5: HRT ngày 3/4/2017- 10,08 3,18 2,29 2,29 10 3 2 HLR m /m /ngày 29/5/2016 0,2 0,1 0,1 Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa * Vận hành mô hình thí nghiệm + Giai đoạn 1 (Đợt 1): Từ ngày 7/12/2014 đến 29/8/2015, mô hình 1 và mô hình 2 được vận hành qua các bước sau: bước 1: chuẩn bị vật liệu; bước 2: trồng cây; bước 3: nạp nước thải vào mô hình; bước 4: vận hành mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích. + Giai đoạn 2 (Đợt 2, 3, 4, 5): Từ ngày 26/9/2015 đến ngày 29/5/2016 - Mô hình 1 được vận hành qua các bước sau: Bước 1: Tiến hành điều chỉnh lưu lượng nước vào mô hình theo kế hoạch được thể hiện trong Bảng 3.5 tương ứng đối với các đợt 2, 3, 4, 5. Bước 2: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm tương ứng. - Mô hình 2 được vận hành qua các bước sau:  Đợt 2: Từ ngày 26/9/2015 đến ngày 13/12/1016: Bước 1: Khởi động lại mô hình: Ngày 26/9/2015, tiến hành lấy toàn bộ sỏi trong bãi lọc không trồng cây (HF1) ra rửa sạch, phơi khô và nạp lại vào bãi lọc gồm 01 lớp sỏi lọc dày 0,6 m và 1 lớp cát trồng cây dày 0,15 m. Bơm toàn bộ nước trong hồ hiếu khí ra và rửa sạch hồ; Bước 2: Trồng cây: tiến hành trồng cây thủy trúc vào bãi lọc HF1 từ ngày 4/10/2015. Thủy trúc lấy về cắt hết phần lá, được tách thành từng khóm từ 3-5 cây và trồng vào bãi lọc với khoảng cách giữa các khóm là 20cm; Bước 3: Cấp nước vào mô hình thí nghiệm: Cấp nước thải vào bãi lọc HF trồng cây thủy trúc (HF1’)
12 với lưu lượng q= 2 lít/h và điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào bãi lọc HF trồng cây chuối hoa (HF2) với q = 3 lít/h; Bước 4: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích.  Đợt 3, Đợt 4, Đợt 5: Từ ngày 13/12/2016 đến ngày 29/5/2016: Bước 1: Tiến hành điều chỉnh lưu lượng nước vào mô hình theo kế hoạch được thể hiện trong Bảng 3.5 tương ứng đối với các đợt 3, 4, 5; Bước 2: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm tương ứng. * Kế hoạch lấy mẫu và phân tích Bảng 3.6. Kế hoạch lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm Nội dung Đợt thí nghiệm Khoảng thời gian lấy Tần suất lấy Số chu kỳ Số mẫu/chu kỳ Tổng số mẫu mẫu mẫu (tuần/lần) lấy mẫu Đợt 1 8/3/2015 -29/8/2015 2 12 7 84 Đợt 2 8/11/2015 - 13/12/2015 1 6 7 42 Đợt 3 27/12/2015 -31/1/2016 1 6 7 42 Đợt 4 28/2/2016 - 3/4/2016 1 6 7 42 Đợt 5 17/4/2016 - 29/5/2016 1 6 7 42 + Vị trí lấy mẫu: Các vị trí lấy mẫu phân tích cụ thể như sau: (1). Mẫu nước thải vào hai mô hình thí nghiệm, ký hiệu: M1; (2). Mẫu nước thải ra khỏi hồ tùy tiện, ký hiệu: M2; (3). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc FWS, ký hiệu: M3; (4). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc HF không trồng cây - HF1 (Đợt 1)/Bãi lọc HF trồng cây thủy trúc -HF1’ (đợt 2, 3, 4, 5), ký hiệu: M4; (5). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc HF trồng cây chuối hoa (HF2), ký hiệu: M5; (6). Mẫu nước thải vào hồ hiếu khí, ký hiệu: M6; (7). Mẫu nước thải ra khỏi hồ hiếu khí, ký hiệu: M7 * Các thông số phân tích: pH, TSS, COD, BOD5, TN, N-NH4+, N-NO3-, PO43-, Coliform, sinh khối và kích thước thực vật. 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường; phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm; phương pháp đo, kiểm soát lưu lượng nước thải vào mô hình; phương pháp xử lý số liệu và phương pháp xác định hệ số động học. CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Hiệu suất xử lý NTSH phƣờng Bách Quang của mô hình kết hợp hồ tùy tiện và bãi lọc FWS (mô hình 1) 4.1.1. Đặc trưng nước thải vào mô hình 1 Bảng 4.1. Kết quả phân tích nồng độ trung bình của các thông số đặc trưng NTSH vào mô hình 1 qua các đợt thí nghiệm QCVN S Đợt thí nghiệm Trung bình 14:2008 T Thông số Đơn vị các đợt thí /BTNMT T nghiệm Cột A Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 7,1 7,1 7,6 7,1 6,9 6,9 5÷9 1 pH - ÷ 8,5 ÷7,5 ÷8,9 ÷7,3 ÷7,4 ÷8,5 83,45 84,83 83,38 83,27 81,95 30 2 BOD5 mg/L 83,39 ±13,62 ±22,63 ±6,44 ±8,05 ±5,60 ±8,14 70,21 39,83 48,33 47,33 43,33 50 3 TSS mg/L 53,21 ±16,49 ±19,29 ±4,40 ±10,17 ±4,93 ±7,71 26,00 34,00 35,33 47,33 36,33 - 4 TN(*) mg/L 35,19 ± 8,84 ±2,85 ±4,36 ±3,51 ±9,81 ±7,37 23,53 33,18 34,58 40,55 43,67 5 5 NH4+ -N mg/L 33,17 ±10,71 ±8,87 ±5,01 ±3,06 ±7,65 ±14,35 2,51 1,30 1,43 2,25 2,43 30 6 NO3- -N mg/L 2,07 ±0,70 ±0,88 ±0,27 ±0,16 ±0,33 ±0,30 0,35 1,73 1,33 2,42 2,84 6 7 PO43--P mg/L 1,51 ±0,98 ±0,31 ±0,31 ±0,05 ±0,62 ±0,61
13 Coliform (MPN/ 92.125 92.125 3000 8 (**) - - - - 100mL) ±8.107 ±8.107 NTSH vào mô hình có mức độ ô nhiễm thấp, có sự biến động không nhiều giữa các đợt thí nghiệm, có pH trung tính dao động từ 6,90 - 8,50. Các thông số NO3--N, PO43--P đều có giá trị thấp hơn giới hạn Cột A QCVN 14:2008/BTNMT. Nước thải chủ yếu bị ô nhiễm các thông số TSS, BOD5, NH4+-N và Coliform. Giá trị trung bình của các thông số này vượt giá trị giới hạn cột A QCVN14:2008/BTNMT tương ứng là 1,06; 2,78; 6,63 và 30,71 lần. 4.1.2. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hồ tùy tiện Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải vào hồ tùy tiện và hiệu suất XLNT của hồ tùy tiện trong các đợt thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.2 và Hình 4.1. Bảng 4.2. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm vào hồ tùy tiện trong các đợt thí nghiệm (kg/ha/ngày). Đợt thí nghiệm TT Thông số Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 BOD5 53,83±14,60 68,38±5,19 80,67±7,79 93,99±6,33 105,72±10,50 2 TN 16,77±1,67 27,41±3,51 34,18±3,40 53,43±11,08 46,87±9,51 3 NH4+ -N 15,17±5,72 26,75±4,04 33,45±2,96 45,77±8,64 56,33±18,51 4 NO3- -N 1,62±0,57 1,05±0,22 1,39±0,16 2,54±0,38 3,44±0,39 5 PO43--P 0,23±0,20 1,40±30,77 1,29±0,04 2,73±0,70 3,67±0,78 - Sự thay đổi pH của nước thải: pH của nước thải ra khỏi hồ tùy tiện ở các đợt thí nghiệm nằm trong khoảng trung tính và kiềm nhẹ, dao động trong khoảng từ 7,6÷10,6. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy của hồ đạt mức trung bình, khá ổn định giữa các đợt và dao động trong khoảng từ 43,80%- 68,44%. Như vậy, khi tăng Q vào hồ trong khoảng từ 4-8 lít/h (đồng thời làm giảm thời gian lưu từ 20,16 xuống 10,08 ngày) đã làm ảnh hưởng không đáng kể đến Hình 4.1. Hiệu suất xử lý trung bình của hồ tùy tiện theo hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hồ. các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt - Hiệu suất xử lý TSS: Nồng độ TSS ra khỏi hồ tùy tiện có sự biến động cao và giảm dần qua các đợt thí nghiệm. Nồng độ TSS trung bình ra khỏi hồ cao nhất ở đợt 1 và thấp nhất ở đợt 4 với các giá trị tương ứng là 22,67 mg/L và 11,50 mg/L. Hiệu quả xử lý TSS trung bình của hồ ở các đợt thí nghiệm dao động trong khoảng từ 45,54%-75,70%, với mức thấp nhất ở đợt 2 và cao nhất ở đợt 4. Khi tăng Q vào hồ từ 4 lít/h lên 8 lít/h và giảm HRT trong hồ từ 20,16 xuống 10,08 ngày đã làm ảnh hưởng không đáng kể đến sự sinh trưởng phát triển của tảo. - Hiệu suất xử lý nitơ của hồ tùy tiện: Tải trọng trung bình của TN trong nước thải vào hồ tùy tiện dao động trong khoảng từ 16,77-53,43 kg/ha/ngày. Nồng độ TN trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tùy tiện có xu hướng tăng dần ở các đợt thí nghiệm, dao động từ 8,00-27,00 mg/L, đạt hiệu quả xử lý cao nhất ở đợt 1 (69,23%) và thấp nhất ở đợt 5 (32,11%). Nồng độ NH4+- N trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng 5,24- 20,75 mg/L. Nồng độ NO3--N trung bình trong nước thải ra khỏi hồ khá biến động ở các đợt thí nghiệm, dao động trong khoảng từ 2,75-5,3 mg/L. Hiệu suất xử lý trung bình với NH4+-N dao động trong khoảng từ 49,24% -77,72%, đạt giá trị cao nhất ở đợt 1 và thấp nhất ở đợt 4. Khoảng giá trị này thấp hơn so với giá trị hiệu suất xử lý NH4+-N của hồ tùy tiện có thể đạt tới là 90%. Khi tăng Q vào hồ từ 4 lên 8 lít/h đồng thời giảm thời gian lưu từ 20,16 xuống 10,08 ngày thì hiệu suất xử lý NH4+-N của hồ giảm không nhiều. Điều này chứng tỏ khả năng chịu tải tốt của hồ khi thay đổi lưu lượng nước cần xử lý. - Hiệu suất xử lý PO43--P: Tải trọng trung bình PO43--P trong nước thải vào hồ tùy tiện dao động trong khoảng 0,23-3,67 kg/ha/ngày. Nồng độ PO43--P trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tùy tiện có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng từ 0,18-1,89 mg/L. Hiệu suất xử lý PO43--P trung bình có sự biến động ở các đợt thí nghiệm, tăng nhẹ ở đợt 2 sau đó lại giảm dần ở đợt 3, 4 và lại tăng lên ở đợt 5, đạt hiệu quả xử lý cao nhất là 52,30% ở đợt 2 và thấp nhất là 21,68% ở đợt 4. Khi tăng lưu lượng nước thải vào
14 hồ ở các đợt 2, 3, 4, 5 đã giảm thời gian lưu từ 20,16 ngày (đợt 1) xuống 10,08 ngày (đợt 5), mặt khác tốc độ tăng trưởng của tảo trong hồ ở đợt 1 lớn hơn ở đợt 2, 3, 4, 5 đã làm giảm hiệu suất xử lý PO43--P của hồ tùy tiện xuống. - Hiệu suất xử lý Coliform: Nồng độ Coliform trung bình trong nước thải vào và ra khỏi hồ tương ứng là 9,21.104 và 8,5.103 MPN/100 mL (tương đương với 4,91 và 3,70 log). Như vậy, hồ tùy tiện đã xử lý được 1,03 log của nồng độ Coliform trong nước thải. Kết quả này phù hợp với tổng hợp của Ansa E. D. O. et al. (2015) về khả năng xử lý Coliform của hệ thống HSH đối với NTSH nằm trong khoảng 1-5 log. 4.1.3. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của bãi lọc FWS Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải vào bãi lọc FWS và hiệu suất xử lý của bãi lọc FWS trong các đợt thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.4, Bảng 4.5 và Hình 4.2. Bảng 4.4. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm trong nước thải vào bãi lọc FWS của các đợt thí nghiệm (kg/ha/ngày) TT Đợt thí nghiệm Thông số Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 BOD5 46,91±24,09 41,11±11,67 39,47±12,68 57,14±2,86 60,80±11,50 2 TN 8,00±2,71 20,42±5,05 24,50±6,24 47,25±3,03 49,33±4,16 3 NH4+ -N 5,24±2,00 18,51±6,23 16,72±5,18 36,02±4,91 41,50±6,05 4 NO3- -N 5,3±1,21 3,44±0,63 4,80±1,01 7,38±1,91 8,07±1,03 3- 5 PO4 -P 0,18±0,16 0,88±0,21 1,33±0,11 3,32±0,45 3,55±0,59 Bảng 4.5. Nồng độ trung bình của các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý của bãi lọc FWS trong các đợt thí nghiệm Đợt thí nghiệm Thông số Đơn vị Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 pH 6,7 ÷ 7,8 6,5 ÷ 6,8 6,6 ÷ 6,9 6,5 ÷ 6,7 6,5 ÷ 6,9 BOD5 mg/L 8,43±4,24 10,95±2,88 10,35±3,05 15,49±0,68 15,07±2,57 TSS mg/L 4,5±1,13 1,5±0,55 3,33±1,03 6,67±2,73 5,33±2,58 TN(*) mg/L 1,5±0,58 4,33±1,53 8,67±1,53 14,67±2,31 15,67±0,58 NH4+ -N mg/L 0,81±0,24 4,10±1,60 5,79±1,54 12,1±1,57 13,08±2,14 NO3- -N mg/L 1,35±1,09 0,72±0,10 1,13±0,21 1,87±0,28 2,17±0,17 PO43--P mg/L 0,12±0,13 0,56±0,24 0,63±0,06 1,39±0,18 1,36±0,23 Coliform 1.750± (**) MPN/100 mL 1.269 Ghi chú: Số mẫu phân tích đợt 1 là n = 12; Số mẫu phân tích các đợt 2, 3, 4, 5 là n = 6; (*): Số mẫu phân tích TN đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=3; (**): Số mẫu phân tích Coliform đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=0. - Sự thay đổi pH của nước thải sau xử lý: Nước thải ra khỏi bãi lọc FSW có giá trị pH nằm trong khoảng trung tính và khá ổn định trong các đợt thí nghiệm, dao động từ 6,50-7,80. Hình 4.2. Hiệu suất xử lý trung bình của bãi lọc FWS theo các - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt sinh học: Tải trọng BOD5 trung bình trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong khoảng từ 46,91- 106,46 kg/ha/ngày. Nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5 với các giá trị tương ứng là 8,43 mg/L; 10,95 mg/L; 10,35 mg/L; 15,49 mg/L và 15,07 mg/L. Hiệu suất xử lý BOD5 trung bình giảm dần từ đợt 1 tới đợt 5 với các mức tương ứng là 82,04%; 66,72%;
15 60,67%; 52,55% và 50,43%. Như vậy, khi tăng HLR vào bãi lọc, đồng thời giảm HRT ứng ở các đợt thí nghiệm là (0,10; 0,125; 0,15; 0,175; 0,20) m3/m2/ngày và (6,36; 5,09; 4,24; 3,64; 3,18) ngày đã làm giảm không đáng kể Hiệu quả xử lý BOD5 của bãi lọc này. Hiệu suất xử lý BOD5 của bãi lọc FWS ở các đợt 2, 3, 4 và 5 giảm tương ứng so với đợt 1 là 15,32%; 21,37%; 29,48% và 31,60%. -Hiệu suất xử lý TSS: Nồng độ TSS trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần theo các đợt thí nghiệm. Nồng độ TSS trung bình dao động trong khoảng 1,50-6,67 mg/L, thấp nhất ở đợt 2 và cao nhất ở đợt 4. Hiệu suất xử lý TSS trung bình ở các đợt thí nghiệm từ đợt 1 đến đợt 5 tương ứng là 80,13%; 92,68%; 84,50%; 42,03%; 60,98%. Khi tăng HLR lên 0,125 và 0,15 m3/m2/ngày vào bãi lọc thì mức độ ảnh hưởng đến khả năng xử lý TSS của bãi lọc là không đáng kể. Nhưng khi tăng HLR lên mức 0,175 và 0,20 m3/m2/ngày thì đã làm giảm đáng kể hiệu suất xử lý TSS của bãi lọc này. - Hiệu suất xử lý Nitơ của bãi lọc FWS: Tải trọng trung bình của TN, NH4+-N và NO3--N trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong các khoảng tương ứng là 8,00-49,33; 5,24-41,50; 5,30-8,07 kg/ha/ngày. Nồng độ trung bình của TN, NH4+-N và NO3--N trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần ở các đợt thí nghiệm, với các khoảng dao động tương ứng là 1,50 – 15,67 mg/L, 0,81- 13,08 mg/L và 1,35-2,17 mg/L. Hiệu suất xử lý trung bình TN, NH4+-N và NO3--N của bãi lọc này giảm dần từ đợt 1 đến đợt 5. Khi tăng HLR vào bãi lọc lên 0,125 m3/m2/ngày (đồng thời giảm HRT xuống 5,09 ngày) thì hiệu suất xử lý TN, NH4+-N và NO3--N của bãi lọc này giảm không đáng kể. Nhưng khi tăng HLR vào bãi lọc lên 0,15; 0,175 và 0,20 m3/m2/ngày (đồng thời HRT xuống 4,24; 3,64; 3,18 ngày tương ứng) đã làm giảm hiệu suất xử lý TN, NH4+-N và NO3--N của bãi lọc này khá nhiều. Hiệu suất xử lý trung bình TN, NH4+-N và NO3--N của đợt 1 và đợt 5 tương ứng là 81,25%; 84,56%; 74,63% và 36,49%; 36,97%; 46,15%. Điều đó cho thấy khả năng xử lý Nitơ của bãi lọc FWS chịu ảnh hưởng rất lớn của HLR và HRT trong bãi lọc. - Hiệu suất xử lý PO43--P: Tải trọng trung bình của PO43--P trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong khoảng từ 0,18-3,55 kg/ha/ngày. Nồng độ PO43--P trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng từ 0,12-1,39 mg/L, thấp nhất ở đợt 1 và cao nhất ở đợt 4. Hiệu suất xử lý PO43--P trung bình giảm dần từ mức 33,49% (đợt 1) xuống mức 23,41% (đợt 5). Như vậy, khi tăng Q vào bãi lọc lên ở các đợt 2, 3, 4 và 5 thì hiệu suất xử lý PO43--P của bãi lọc này cũng giảm dần nhưng mức giảm không đáng kể. - Hiệu suất xử lý Coliform Số Coliform trung bình trong nước thải vào và ra khỏi bãi lọc FWS khá thấp tương ứng là 8.500 và 1.750 MPN/100 mL (tương đương với 3,93 và 3,24 log). Như vậy, bãi lọc FWS trung bình đã xử lý được 0,69 log số Coliform có trong nước thải từ hồ tùy tiện. 4.1.4. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 1 Nước thải sau xử lý của mô hình 1 là dòng nước thải ra khỏi bãi lọc FWS với nồng độ các thông số được thể hiện trong Bảng 4.5. Hiệu suất xử lý nước thải của mô hình 1 được thể hiện trong Hình 4.3. - Sự thay đổi pH của nước thải sau xử lý: Nước thải sau xử lý của mô hình 1 có pH trung tính, dao động trong khoảng từ 6,5-7,8. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải ra khỏi mô hình 1 có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5. Tuy nhiên giá trị nồng độ BOD5 trung bình Hình 4.3. Hiệu suất xử lý trung bình của mô hình 1 theo các trong nước sau xử lý của mô hình vẫn ở mức thấp thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt (
16 hình 1 có xu hướng giảm dần từ đợt 1 đến đợt 5, đạt giá trị cao nhất ở đợt 1 và thấp nhất ở đợt 5. Nhìn chung mô hình 1 có hiệu suất xử lý TN và NH4+-N khá cao dao động trong các khoảng tương ứng là 56,88-94,23% và 70,05-96,56%. Như vậy, khi tăng lưu lượng nước thải vào mô hình 1 từ đợt 1 đến đợt 5 đã làm giảm dần hiệu suất xử lý TN và NH4+-N của mô hình. Tuy nhiên khi tăng lưu lượng nước vào mô hình lên 25% (5 lít/h) thì hiệu suất xử lý TN và NH4+-N giảm không đáng kể. Nhưng khi tăng lưu lượng nước thải vào mô hình lên 50% (6 lít/h), 75% (7 lít/h) và 100% (8 lít/h) thì hiệu suất xử lý TN và NH4+-N đã giảm đáng kể. - Hiệu suất xử lý PO43- -P: Hiệu suất xử lý PO43--P của mô hình 1 dao động trong khoảng từ 42,35%- 67,86%, cao nhất ở đợt 2 và thấp nhất ở đợt 4. Như vậy, khi tăng Q vào mô hình lên 25% ở đợt 2 hầu như không làm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý PO43--P của mô hình. Nhưng khi tăng Q lên 50%, 75% và 100% ở các đợt 3, 4, 5 thì đã làm giảm đáng kể hiệu suất xử lý PO43--P của mô hình với các mức giảm so với đợt 1 là từ 14,275-24,78%. - Hiệu suất xử lý Coliform: Kết quả phân tích nồng độ Coliform trong nước thải sau xử lý của mô hình 1 ở đợt 1 cho thấy: Nồng độ Coliform trung bình trong dòng nước thải vào và ra khỏi mô hình 1 92.125 và 1.750 MPN/100 mL (tương ứng với 4,96 và 3,24 log). Như vậy hiệu quả xử lý Coliform trung bình của mô hình 1 khá cao, đạt 1,72 log. Nước thải sau xử lý có nồng độ Coliform trung bình thấp hơn so với giá trị giới hạn cột A của QCVN 14:2008/BTNMT. 4.2. Hiệu suất xử lý nƣớc thải sinh hoạt phƣờng Bách Quang trên mô hình kết hợp bãi lọc HF và hồ hiếu khí (mô hình 2) Nước thải vào mô hình 2 có đặc trưng tương tự mô hình 1 đã được trình bày ở mục 4.1.1. 4.2.1. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của các bãi lọc trồng cây trong mô hình 2 Kết quả xác định tải lượng của các thông số ô nhiễm trong nước thải vào các bãi lọc và kết quả phân tích nồng độ của các thông số trong nước thải sau xử lý của các bãi lọc HF1, HF1’, HF2 và hiệu suất XLNT của các BLTC trong mô hình 2 được thể hiện ở Bảng 4.6, Bảng 4.7 và đồ thị các Hình 4.4, Hình 4.5, Hình 4.6. Bảng 4.6. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt vào các bãi lọc HF của mô hình 2 trong các đợt thí nghiệm Đợt thí Tải lƣợng các chất ô nhiễm (kg/ha/ngày) BLTC nghiệm BOD5 TN NH4+-N NO3--N PO43--P HF1, Đợt 1 41,73±11,31 17,75±1,32 11,76±4,43 1,26±0,44 0,18±0,15 HF2 HF1' 42,41±3,22 17,00±2,18 16,59±2,5 0,65±0,13 0,86±0,15 Đợt 2 HF2 63,62±4,83 25,50±3,27 24,89±3,75 0,98±0,20 1,30±0,23 HF1', Đợt 3 62,54±6,04 26,50±2,63 25,93±2,30 1,08±0,21 1,00±0,03 HF2 HF1', Đợt 4 72,86±4,90 41,42±8,59 35,48±6,70 1,97±0,29 2,12±0,54 HF2 HF1', Đợt 5 71,71±7,12 36,33±7,37 38,21±12,56 2,13±0,26 2,49±0,53 HF2 Hình 4.4. Hiệu suất xử lý BOD5 và TSS của các Hình 4.5. Hiệu suất xử lý TN, NH4+-N, NO3--N của BLTC trong mô hình 2 qua các đợt thí nghiệm các BLTC trong mô hình 2 qua các đợt thí nghiệm
17 - Sự thay đổi pH: Nước thải ra khỏi bãi lọc Hiệu suất xử lý trung bình (%) HF1’ và HF2 có giá trị pH trung tính và khá ổn định, dao động trong các khoảng 6,40-7,10 và 6,8- 7,6 tương ứng. Giá trị pH của nước thải sau bãi lọc HF1 ở đợt 1 có tính kiềm khá cao, dao động trong khoảng 8,20-10,60. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Ở đợt 1, bãi lọc HF1 và HF2 được vận hành với HLR và OLR trung bình tương ứng là 0,05 m3/m2/ngày và 41,73 kg BOD5/ha/ngày; HRT ở hai bãi lọc tương ứng là 5,72 và 4,57 ngày. Nước thải ra khỏi bãi lọc HF1 và HF2 có giá trị BOD5 trung bình là 15,71 và 21,56 mg/L với hiệu Hình 4.6. Hiệu suất xử lý PO43--P của các BLTC trong suất xử lý trung bình đạt 81,18 và 74,16% . Ở đợt mô hình 2 qua các đợt thí nghiệm 2 bãi lọc HF1’, vận hành với thông số với HLR, OLR, HRT tương tự như với bãi lọc HF1 và HF2 ở đợt 1 với các giá trị tương ứng là 0,05 m3/m2/ngày; 42,41 kg BOD5/ha/ngày và 4,57 ngày. Kết quả phân tích cho thấy, nước sau xử lý của bãi lọc HF1’ có giá trị BOD5 trung bình 20,95 mg/L, hiệu suất xử lý trung bình đạt 75,30%. Như vậy, khả năng xử lý các chất hữu cơ dễ phân hủy của bãi lọc HF2 và HF1’ là tương đương nhau và thấp hơn so với bãi lọc HF1. Kết quả này cũng tương tự như công bố của Ngô Diễm Thùy Trang (2012), với hiệu suất xử lý NTSH trung bình với thông số BOD5 của bãi lọc HF đạt 71% với HLR là 0,031 m3/m2/ngày. Khi tăng lưu lượng nước thải vào bãi lọc HF1’ và HF2 từ đợt 1 đến đợt 5 đồng thời tăng HLR và giảm HRT trong các bãi lọc này với các giá trị tương ứng 0,05; 0,075; 0,0875; 0,10 m3/m2/ngày và 4,57; 3,05; 2,61; 2,29 ngày cho thấy: nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải sau xử lý của bãi lọc HF1’ và HF2 có xu hướng tăng dần, với các khoảng tương ứng là 20,95 - 31,48 mg/L và 27,74 - 32,27 mg/L. Hiệu suất xử lý BOD5 trung bình của bãi lọc HF1’ và HF2 giảm dần từ đợt 1 đến đợt 5, nhưng với mức chậm. Điều này chứng tỏ bãi lọc HF1’ và HF2 có khả năng xử lý BOD5 khá ổn định trong khoảng HLR đã nghiên cứu và sự thay đổi OLR vào bãi lọc HF1’ và HF2 tương ứng trong khoảng từ 42,41-72,86 và 41,73-72,86 kg BOD5/ha/ngày cũng gây ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng xử lý BOD5 của hai bãi lọc này. - Hiệu suất xử lý TSS: Nước thải ra khỏi bãi lọc HF1, HF2 ở đợt 1 và bãi lọc HF1’ ở đợt 2 có giá trị TSS trung bình là 5,25; 4,00 và 5,67 mg/L với hiệu suất xử lý trung bình đạt 92,64; 94,30 và 85,77%. Như vậy, hiệu suất xử lý TSS của các bãi lọc HF không trồng cây, HF trồng cây chuối hoa và HF trồng cây thủy trúc đều đạt được mức khá cao. Điều này cho thấy, cây trồng có vai trò không đáng kể đối với quá trình xử lý TSS có trong nước thải. TSS được xử lý chủ yếu nhờ quá trình lọc diễn ra trong bề mặt lớp vật liệu lọc của bãi lọc. Khi tăng HLR vào các bãi lọc từ đợt 1 đến đợt 5 thì nồng độ TSS trung bình trong nước thải ra khỏi bãi lọc HF1’ và HF2 có xu hướng tăng dần, dao động trong khoảng từ 5,67 -10,67 và 4,00 -8,83 mg/L. Hiệu suất xử lý TSS của bãi lọc HF1’ và HF2 giảm dần từ 85,77 xuống 75,38% và từ 94,30 xuống 79,62% tương ứng, với mức giảm không nhiều. Như vậy, bãi lọc HF1’ và HF2 có khả năng xử lý TSS khá ổn định trong khoảng HLR nghiên cứu từ 5 đến 10 m3/m2/ngày. - Hiệu suất xử lý các hợp chất Nitơ trong nước thải: Tải trọng trung bình của TN, NH4+-N và NO3-- N trong nước thải vào bãi lọc HF1/HF2 ở đợt 1 và bãi lọc HF1’ ở đợt 2 tương ứng là 17,55; 11,76; 1,26 kg/ha/ngày và 17,00; 16,59; 0,65 kg/ha/ngày. Nồng độ TN, NH4+-N và NO3--N trung bình trong nước thải ra khỏi bãi lọc HF1, HF2 ở đợt 1 và bãi lọc HF1’ ở đợt 2 tương ứng là (2,5; 1,69; 2,29) mg/L; (12,75; 12,59; 1,07) mg/L và (15,67; 13,83; 0,48) mg/L. Hiệu suất xử lý TN, NH4+-N và NO3--N tương ứng của bãi lọc HF1, HF2 và HF1’ tương ứng là (90,38; 92,82; 9,45)%; (50,96; 46,47; 57,55)% và (53,92; 58,32; 62,82)%. Như vậy, so với bãi lọc HF2 và HF1’ thì bãi lọc HF1 có hiệu quả xử lý TN và NH4+-N cao hơn khá nhiều và có hiệu suất xử lý NO3--N lại thấp hơn nhiều. Hiệu suất xử lý các thông số TN, NH4+-N và NO3--N của bãi lọc HF1’ và HF2 không cao và có sự khác biệt không nhiều. Điều này chứng tỏ loại cây trồng trong bãi lọc gây ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng xử lý N của các bãi lọc HF. Khi tăng HLR vào bãi lọc HF1’, HF2 từ đợt 1 đến đợt 5, đồng thời tăng tải lượng nitơ vào bãi lọc đã làm giảm hiệu suất xử lý TN, NH4+-N và NO3--N của các bãi lọc khá nhiều. Hiệu suất xử lý TN, NH4+-N và NO3--N của bãi lọc HF1’ và HF2 giảm tương ứng với các thông số là 36,49; 40,07; 46,50% và 30,78; 26,53; 33,57%. Nguyên nhân là do khi tăng HLR vào bãi lọc HF1’ và HF2 từ 0,05 m3/m2/ngày lên 0,10 m3/m2/ngày đã làm giảm HRT trong bãi lọc từ 4,75 xuống 2,29 ngày. Điều này đã làm giảm đáng kể thời gian tiếp xúc của nước thải với các VSV và làm giảm khả năng chuyển hóa NH4+-N của các vi khuẩn nitrat hóa và quá trình khử nitrat của vi khuẩn khử nitrat do HRT không đủ.
18 - Hiệu suất xử lý PO43--P: Tải trọng PO43--P trung bình của nước thải vào các bãi lọc HF1/HF2 ở đợt 1 và bãi lọc HF1’ ở đợt 2 tương ứng là 0,18 và 0,86 kg/ha/ngày. Nước thải ra khỏi bãi lọc HF1, HF2 ở đợt 1 và bãi lọc HF1’ ở đợt 2 có nồng độ PO43--P trung bình là 0,24; 0,20 và 0,63 mg/L với hiệu suất xử lý trung bình đạt 31,95; 43,74 và 63,81%. Như vậy, hiệu suất xử lý PO43--P của các bãi lọc HF1’ đạt cao hơn so với bãi lọc HF2 và HF1. Bãi lọc HF1 đạt hiệu suất xử lý PO43--P thấp nhất. Khi tăng HLR vào các bãi lọc từ đợt 1 đến đợt 5 thì nồng độ PO43--P trung bình trong nước thải ra khỏi bãi lọc HF1’ và HF2 có xu hướng tăng dần, dao động trong khoảng từ 0,63-2,42 mg/L và 0,20-2,48 mg/L. Hiệu suất xử lý PO43--P của bãi lọc HF1’ và HF2 giảm khá nhiều, từ 63,81 xuống 14,81% và từ 43,74 xuống 12,79% tương ứng. - Hiệu suất xử lý Coliform: Nước thải sau xử lý của bãi lọc HF1, HF2 ở đợt 1 có giá trị thông số Coliform trung bình là 12.500 và 16.500 MPN/100ml tương ứng 4,10 và 4,22 log. Hiệu suất xử lý Coliform trung bình đạt 0,86 và 0,74 log. Như vậy, hiệu quả xử lý Coliform của bãi lọc HF1 và HF2 là khá thấp so với khả năng xử lý Coliform của các bãi lọc HF có thể đạt tới 2 log. 4.2.2. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hồ hiếu khí Kết quả xác định tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải vào hồ hiếu khí, kết quả đo, phân tích nồng độ các thông số đặc trưng của nước thải sau xử lý và hiệu suất xử lý của hồ hiếu khí trong các đợt thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.8, Bảng 4.9 và Hình 4.7. Bảng 4.8. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm trong nước thải vào hồ hiếu khí qua các đợt thí nghiệm (kg/ha/ngày) Đợt thí nghiệm STT Thông số Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 BOD5 7,1±2,39 12,12±3,12 13,49±4,25 19,94±1,82 19,10±1,39 2 TN 3,30±1,28 10,17±1,15 14,80±0,69 24,27±5,25 23,47±4,55 3 NH4+-N 2,85±1,16 9,78±0,78 13,85±0,95 19,72±4,08 28,23±9,37 4 NO3- -N 0,60±0,33 0,28±0,06 0,43±0,11 1,09±0,28 1,55±0,21 5 PO43--P 0,09±0,08 0,11±0,04 0,57±0,06 1,47±0,43 1,72±0,39 Bảng 4.9. Nồng độ trung bình của các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý của hồ hiếu khí trong các đợt thí nghiệm Đợt thí nghiệm Thông số Đơn vị Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 pH - 8,5 ÷ 9 7,1 ÷ 8,2 7,1 ÷ 8,3 7,4 ÷ 8,3 7,3 ÷ 8,3 BOD5 mg/L 10,24±4,46 15,66±2,98 15,45±4,74 19,61±2,76 17,30±2,60 TSS mg/L 15,42±5,05 8,67±1,97 7,17±1,60 7,17±3,06 12,67±2,25 TN(*) mg/L 2,25±1,26 6,67±2,08 6,67±2,52 16,33±2,08 15,33±0,58 NH4+-N mg/L 0,40±0,21 2,75±1,79 2,41±1,52 10,61±2,30 13,10±4,02 NO3--N mg/L 2,71±1,04 3,58±0,29 3,32±0,33 5,28±1,16 4,4±0,22 PO43--P mg/L 0,12±0,12 0,22±0,08 0,30±0,07 1,18±0,30 1,12±0,27 Coliform MPN/ (**) 2.125±1.315 - - - - 100 mL Ghi chú: Số mẫu phân tích đợt 1 là n = 12; Số mẫu phân tích các đợt 2, 3, 4, 5 là n = 6; (*): Số mẫu phân tích TN đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=3; (**):Số mẫu phân tích Coliform đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=0. Hình 4.7. Hiệu suất xử lý trung bình của hồ hiếu khí theo các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt