TỔNG QUAN
Khái niệm, phân loại, thành phần của nước thải sinh hoạt
Nước thải là loại nước đã được sử dụng cho các hoạt động như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu và chế biến, dẫn đến sự thay đổi về thành phần và tính chất so với nước nguyên thủy.
Nước thải chứa nhiều tạp chất vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới các dạng không hòa tan, keo, hòa tan, lơ lửng cùng với vi sinh vật Nếu các thành phần này có hàm lượng cao, chúng sẽ gây hại cho môi trường sống và sức khỏe con người.
Nước thải thường được phân loại dựa trên nguồn gốc phát sinh, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương pháp hoặc công nghệ xử lý phù hợp Dựa trên tiêu chí này, có thể xác định các loại nước thải khác nhau.
Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của con người, bao gồm hộ gia đình, khu dân cư, khu thương mại, cơ quan và trường học Thành phần của nước thải này rất phức tạp, với lưu lượng không ổn định và phân bố không tập trung Đặc điểm nổi bật của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy như hydratcacbon, protein, chất béo, cùng với các chất vô cơ dinh dưỡng như phosphat và nitơ, cũng như vi sinh vật, bao gồm cả vi sinh vật gây bệnh Hàm lượng chất gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt có sự khác biệt tùy theo vùng miền, phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và các công trình xử lý nước thải Trung bình, mỗi người ở Việt Nam phát sinh khoảng 100-150 lít nước thải mỗi ngày, và nếu tính cả nước thải từ sản xuất, con số này có thể lên tới 250 lít/người/ngày, trong khi ở các nước phát triển, con số này có thể đạt đến 400 lít/người/ngày.
-Nước thải công nghiệp: Được thải ra từ các cơ sở công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ, thủ công nghiệp, giao thông vận tải…
Nước thải công nghiệp không có thành phần chung mà phụ thuộc vào quy trình sản xuất của từng ngành Nước thải từ ngành chế biến thực phẩm, như nhà máy chế biến thủy sản và bia, thường chứa hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy cao Ngược lại, nước thải từ các ngành kim khí, hóa chất và khoáng sản, như nhà máy sản xuất ắc quy và luyện thép, lại có hàm lượng chất hữu cơ thấp nhưng chứa nhiều kim loại nặng, sun phua, axit và kiềm Đặc điểm chung của nước thải này là lưu lượng ổn định, tập trung và dễ thu gom để xử lý Tuy nhiên, nếu không được xử lý, nước thải công nghiệp có thể gây độc hại lớn cho môi trường.
Nước thải nông nghiệp phát sinh từ quá trình sản xuất nông nghiệp và chứa chủ yếu các hợp chất hữu cơ Những thành phần này bao gồm thuốc trừ sâu, phân bón hóa học, chất thải từ vật nuôi và thức ăn thừa của chúng.
Nước thải bệnh viện phát sinh từ quá trình khám chữa bệnh tại các bệnh viện, trung tâm y tế và phòng khám, chứa đựng nhiều vi trùng gây bệnh cùng với các hợp chất hữu cơ khác Mức độ độc hại và đặc tính của chất nhiễm bẩn trong nước thải này có sự khác biệt tùy thuộc vào từng khoa và loại hình dịch vụ y tế.
Nước thải đô thị bao gồm nước mưa, nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, trường học, cơ quan, khu vui chơi, cùng với nước thải từ sản xuất Tỷ lệ các loại nước này có sự phân bổ đa dạng, ảnh hưởng đến chất lượng môi trường và yêu cầu xử lý nước thải hiệu quả.
+ Nước thải sinh hoạt khoảng 50-60 %
+ Nước mưa thấm qua đất khoảng 10-14%
1.1.3 Thành phần của nước thải sinh hoạt [4], [5] Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải thường ở dạng các virut và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn…Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn hữu ích, có tác dụng phân hủy các chất thải
H2S được hình thành từ quá trình khử muối sunfat thông qua vi sinh vật yếm khí, cũng như từ sự phân hủy các axit amin chứa lưu huỳnh Chất khí này không chỉ tạo ra mùi khó chịu mà còn là nguyên nhân gây ra sự ăn mòn.
Amoni là một chất gây ô nhiễm, thúc đẩy quá trình phú dưỡng trong nước và cung cấp dinh dưỡng cho một số vi khuẩn phát triển trong hệ thống ống dẫn Khi pH cao, amoni tồn tại dưới dạng amoniac, tạo ra mùi khó chịu.
Kim loại nặng như Cd, Cr, Pb, Hg, và As có độc tính cao đối với con người và động vật Những chất này thường xâm nhập vào nguồn nước thông qua quá trình rửa trôi và từ các vật thải Chúng dễ dàng bị hấp phụ bởi các chất huyền phù có trong nước tự nhiên.
Nitrat (NO3-) là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ chứa nitơ từ chất thải của con người, động vật và thực vật Mặc dù nitrat không có độc tính, nhưng trong cơ thể, nó có thể được chuyển hoá thành nitrit (NO2).
Các hợp chất nitrozo, được hình thành khi kết hợp với một số chất khác, có khả năng gây ung thư và bệnh thiếu máu, đặc biệt là ở trẻ em.
Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy như hydratcacbon, protein, chất béo, lignin và pectin, có nguồn gốc từ tế bào và tổ chức của động vật, thực vật, thường có mặt trong nước thải khu dân cư với tỷ lệ khoảng 25-50% hydratcacbon, 40-60% protein và 10% chất béo Những hợp chất này chủ yếu gây suy giảm lượng oxy hòa tan trong nước, dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt.
Một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng nước thải
Đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm cần dựa vào các thông số cơ bản để so sánh với các tiêu chuẩn cho phép của thành phần nước thải.
Nước thải bao gồm nước và tập hợp các yếu tố vật lý, hóa học, sinh học
Để đánh giá độ ô nhiễm của nước, cần xem xét bản chất và nồng độ các chất có trong nước Các chỉ tiêu thường được sử dụng trong quá trình này bao gồm các thành phần hóa học và vi sinh vật có mặt trong mẫu nước.
Nước sạch không màu Khi nước bị nhiễm bẩn sẽ có màu đặc trưng
Màu của nước được chia thành hai loại: màu thực, xuất phát từ các chất hòa tan hoặc hạt keo, và màu biểu kiến, được hình thành từ các chất lơ lửng trong nước.
Nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu do sự phân rã của các chất hữu cơ từ xác động thực vật, hoặc do sự hiện diện của sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan Đối với nước thải công nghiệp, màu sắc sẽ khác nhau tùy thuộc vào bản chất của từng loại nước thải.
Nước sạch thường có độ trong suốt cao, trong khi nước đục xuất hiện do sự hiện diện của các hạt lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy hoặc tác động từ giới thủy sinh Độ đục không chỉ làm giảm khả năng truyền ánh sáng, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của sinh vật tự dưỡng, mà còn làm giảm chất lượng và tính thẩm mỹ của nước Mức độ đục càng cao đồng nghĩa với mức độ ô nhiễm càng lớn Độ đục được đo bằng đơn vị FTU hoặc NTU, tương ứng với sự cản quang do 1mg SiO2 hòa tan trong 1 lít nước cất.
Nước tự nhiên thường không có mùi, nhưng mùi của nước chủ yếu xuất phát từ sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, phốt pho và lưu huỳnh Chẳng hạn, mùi khai của nước là do sự hiện diện của các amin như R3N, R2NH, RNH2 và photphin (PH3), trong khi mùi hôi thối thường liên quan đến H2S cùng các hợp chất Indol và Scatol, được hình thành từ quá trình phân hủy aminoaxit.
Để xác định mùi của nước, bạn cần cho mẫu nước vào bình đậy kín nắp, lắc trong khoảng 10-20 giây, sau đó mở nắp và ngửi mùi Đánh giá mùi theo các mức độ: không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng Lưu ý không để dòng hơi đi thẳng vào mũi khi thực hiện.
1.2.2.1 Chỉ số pH Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải Chỉ số này cho thấy cần thiết phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình đông tụ, keo tụ và khử khuẩn… Độ pH của nước được đặc trưng bởi nồng độ ion H + có trong nước Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH pH = 7: Nước trung tính pH > 7: Nước mang tính kiềm pH < 7: Nước mang tính axit
Sự thay đổi trị số pH ảnh hưởng đến quá trình hòa tan và keo tụ, từ đó tác động đến vận tốc của các phản ứng hóa sinh trong nước.
Giá trị pH là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn phương pháp xử lý nước và điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết Các hệ thống xử lý nước thải thường hoạt động hiệu quả trong khoảng pH từ 6.5 đến 9.0, với môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn nằm trong khoảng pH từ 7 đến 8.
Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng sử dụng phèn nhôm
Nhiệt độ nước ở Việt Nam thay đổi theo mùa và thời gian trong ngày, với nước bề mặt dao động từ 14.3 o C đến 33.5 o C, trong khi nhiệt độ nước ngầm ổn định hơn, dao động từ 24 o C đến 27 o C.
1.2.2.3 Hàm lượng oxy hòa tan DO ( Dissolved Oxygen )
Hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải là một chỉ tiêu quan trọng, vì oxy đóng vai trò thiết yếu trong các quá trình sống Oxy không chỉ duy trì sự trao đổi chất mà còn cung cấp năng lượng cần thiết cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất của sinh vật.
Hàm lượng oxy hòa tan trong nước có nguồn gốc từ không khí hay từ quá trình quang hợp của sinh vật thủy sinh
Oxy hòa tan trong nước thường đạt khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm từ 70% đến 85% khi đạt trạng thái bão hòa Mức oxy hòa tan này trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, hoạt động của sinh vật thủy sinh, cũng như các quá trình hóa sinh, hóa học và vật lý diễn ra trong nước.
Các nguồn nước mặt thường có hàm lượng oxy hòa tan (DO) cao do tiếp xúc với không khí Quá trình quang hợp và hô hấp của các loài thủy sinh cũng ảnh hưởng đến mức DO trong nước.
Việc theo dõi hàm lượng oxy hòa tan (DO) là rất quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí trong xử lý nước thải Oxy hòa tan cũng là cơ sở để phân tích nhu cầu oxy sinh hóa Hai phương pháp phổ biến để xác định DO là phương pháp Winkler và phương pháp điện cực oxy.
1.2.2.4 Hàm lượng các chất rắn
+ Các chất vô cơ là dạng các muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù lơ lửng
Xử lý nước thải
Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ các tạp chất ô nhiễm khỏi nước thải, nhằm đạt được tiêu chuẩn cho phép trước khi xả vào nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng Để đạt được mục tiêu này, người ta thường lựa chọn phương pháp xử lý dựa trên đặc điểm của các tạp chất Phân loại các phương pháp xử lý nước thải chủ yếu dựa vào bản chất của từng phương pháp.
1.3.1 Quy trình xử lý nước thải Để xử lý nước thải đạt hiệu quả, việc xác định đúng thành phần, nguồn phát sinh là hết sức quan trọng Bên cạnh đó, lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp cũng đòi hỏi phải tính toán thật kỹ và phụ thuộc vào các điều kiện kinh tế - xã hội, yếu tố địa hình, khí hậu, thủy văn
Xử lý bậc I (Xử lý sơ bộ): Đây là công đoạn loại bỏ phần lớn tạp chất thô,
Nước thải đã qua xử lý cần loại bỏ cứng, vật nổi, vật nặng, và dầu mỡ để bảo vệ bơm, đường ống, và thiết bị xử lý tiếp theo, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình xử lý Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nước thải được xử lý một cách hiệu quả nhất.
I nhằm loại bỏ rác, lắng cát đá, điều hòa nước thải, trung hòa, tuyển nổi
Xử lý bậc II (Xử lý cơ bản) là công đoạn quan trọng trong quản lý nước thải, sử dụng các phương pháp sinh học, hóa học, cơ học hoặc kết hợp nhiều phương pháp để loại bỏ tạp chất Mục tiêu chính của giai đoạn này là tách các chất ô nhiễm ra khỏi dòng nước thải, đồng thời ổn định lưu lượng và thành phần của nước.
Xử lý bậc III, còn gọi là xử lý bổ sung hay xử lý tăng cường, là công đoạn quan trọng nhằm khử khuẩn nước trước khi đổ vào thủy vực, loại bỏ vi sinh vật gây bệnh Các tác nhân khử khuẩn phổ biến bao gồm hợp chất clo, ozon và tia cực tím Tại Việt Nam, phương pháp khử khuẩn bằng clo dạng khí, lỏng và hipoclorit đang được sử dụng rộng rãi Bên cạnh đó, để cải thiện chất lượng nước, có thể sử dụng các chất hấp thụ và hấp phụ để khử mùi và màu.
Tất cả các phương pháp và quy trình xử lý nước thải đều dựa trên các quá trình vật lý, hóa học và sinh học Hệ thống xử lý nước thải bao gồm chuỗi các công đoạn liên tục được kết hợp để tạo ra công nghệ xử lý phù hợp, tùy thuộc vào tính chất nước thải, tiêu chuẩn nước thải đầu ra, mức độ cần thiết làm sạch, lưu lượng nước thải, tình hình địa chất và thủy văn, cũng như điều kiện cơ sở hạ tầng và kinh phí.
1.3.2 Các phương pháp cơ bản xử lý nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất rắn và hàm lượng chất hữu cơ cao, đồng thời ít kim loại nặng và chất độc từ công nghiệp Do đó, phương pháp xử lý nước thải hiệu quả thường kết hợp giữa cơ học và sinh học.
1.3.2.1 Phương pháp cơ học Đây là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi đưa vào giai đoạn xử lý sinh học Nước thải sinh hoạt thường có các loại tạp chất rắn cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm, cỏ, gỗ, bao bì chất dẻo, giấy giẻ, dầu mỡ nổi, cát, sỏi vụn…ngoài ra còn có các loại hạt dạng huyền phù khó lắng Để loại bỏ các tạp chất trên dùng phương pháp xử lý cơ học là thích hợp nhất Trong phương pháp này các lực vật lý như trọng trường, ly tâm, lực đẩy được áp dụng để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải Đây là phương pháp tiền xử lý, với mục đích là loại bỏ tất cả các chất có thể làm tắc ống dẫn, tắc bơm, bào mòn hệ thống Do đó khâu này đóng vai trò quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho toàn hệ thống
Phương pháp này sử dụng các biện pháp thủy cơ như song chắn rác, lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hòa, bể khuấy trộn, bể tuyển nổi, bể lắng, lọc, hòa tan khí, bay hơi và tách khí Mỗi công trình được áp dụng phù hợp với từng nhiệm vụ cụ thể để đảm bảo hiệu quả xử lý.
Hình 1.1 Các phương pháp xử lý cơ học
Các công trình được ứng dụng xử lý cơ học thể hiện qua bảng sau:
Bảng 1.2 Áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải (Metcalf &
Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng
Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn, đồng nhất
Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng và tải lượng BOD, SS
Khuấy trộn Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, giữ cặn ở trạng thái lơ lửng
Tạo bông Giúp cho việc tập hợp các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực
Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn
Tuyển nổi là phương pháp hiệu quả để tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và những hạt cặn có tỷ trọng gần bằng với nước, đồng thời cũng được áp dụng trong quá trình nén bùn sinh học.
Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học
Màng lọc Tương tự như quá trình lọc Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định
Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí
Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ từ nước thải
Các công trình xử lý cơ học có nhiều ưu điểm như tính đơn giản, dễ sử dụng và quản lý, cùng với chi phí đầu tư và vận hành thấp Các thiết bị và vật liệu sử dụng phổ biến, dễ tìm kiếm, giúp đạt hiệu suất xử lý sơ bộ tốt, từ đó đảm bảo hiệu quả cho các quá trình xử lý tiếp theo Tuy nhiên, chúng cũng tồn tại một số nhược điểm, như chỉ hiệu quả với các chất khó tan, đồng thời yêu cầu diện tích lớn và thiết kế cồng kềnh.
Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học dựa vào hoạt động của động thực vật và vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh Quá trình này giúp khoáng hóa các chất hữu cơ gây ô nhiễm, chuyển đổi chúng thành các chất vô cơ, khí đơn giản và nước.
Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học:
Nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị và nước thải từ một số ngành công nghiệp thường chứa các chất hữu cơ hòa tan như hidratcacbon, protein, và các hợp chất nitơ phân hủy từ protein Ngoài ra, chúng còn có các dạng chất béo và một số chất vô cơ như H2S, sulphua, amoniac và các hợp chất nitơ khác Những thành phần này có thể được xử lý hiệu quả bằng phương pháp sinh học.
Xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh dựa vào hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các tạp chất hữu cơ Điều kiện tiên quyết là nước thải phải tạo ra môi trường sống cho các quần thể vi sinh vật Để quá trình xử lý sinh học diễn ra hiệu quả, nước thải cần được xử lý sơ bộ nhằm đạt được các yêu cầu cần thiết.
Hàm lượng chất độc trong nước thải rất thấp, với sự hiện diện tối thiểu hoặc không có kim loại nặng, giúp bảo vệ sự phát triển của các hệ vi sinh vật.
-Trong nước thải cần bảo đảm tỷ lệ BOD:N:P 100:5:1 là tỷ lệ chất dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật
Xử lý nước thải sinh hoạt bằng cách đồng lọc
1.4.1 Khái niệm và điều kiện áp dụng
Trong môi trường tự nhiên, đất, nước, sinh vật và không khí tương tác với nhau qua các quá trình lý, hóa và sinh học Dựa vào những quá trình này, con người đã phát triển các hệ thống tự nhiên nhằm xử lý nước thải hiệu quả.
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là phương pháp tưới nước thải lên bề mặt cánh đồng với lưu lượng được tính toán, nhằm đạt được mức xử lý nhất định Quá trình này dựa vào các yếu tố lý, hóa và sinh học tự nhiên trong hệ đất, nước và thực vật của hệ thống, giúp cải thiện chất lượng nước thải hiệu quả.
Nước thải được xử lý qua cơ chế thẩm thấu vào đất, nơi nó được lọc qua các lớp đất Trong quá trình này, các hạt keo và chất lơ lửng bị giữ lại ở lớp bề mặt, tạo thành một lớp màng sinh vật có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ Đồng thời, lớp đất cũng giúp giữ lại một lượng kim loại nặng như Hg, Cu, Cd Sau khi qua lớp đất lọc, nước thải trở thành nước sạch, có thể bổ sung cho nguồn nước ngầm hoặc chảy tràn trên bề mặt, tiếp tục được làm sạch trước khi hòa vào nguồn nước mặt.
+Đối với nguồn nước thải
Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là N:P:K = 5:1:2, giúp cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật Đồng thời, việc kiểm soát pH của nước thải trong khoảng 6,5-9 là rất quan trọng để đảm bảo không gây hại cho sinh vật.
-Nếu nước thải có SAR cao phải tìm cách loại bỏ Natri để khống chế SAR không lớn hơn 8-10
+Đối với mặt bằng xây dựng
Nguyên tắc xây dựng cánh đồng lọc bao gồm việc san phẳng hoặc tạo dốc nhẹ cho các mảnh đất, được ngăn cách bằng các bờ đất để hình thành các ô Nước thải được phân bố đều vào các ô thông qua hệ thống mạng lưới phân phối, bao gồm mương chính, máng phân phối hoặc hệ thống ống, vòi tưới trong từng ô.
Cánh đồng lọc thường được thiết kế tại những khu vực có độ dốc tự nhiên và cách xa khu dân cư, hướng theo chiều gió Khoảng cách này phụ thuộc vào công suất của công trình, cụ thể là lượng nước thải xử lý trong một ngày đêm (m3/ngày).
Khi xây dựng, nên lựa chọn những khu vực có đất cát hoặc á cát, tránh các vùng đất sét Nếu phải xây dựng trên đất á sét, cần đảm bảo tiêu chuẩn tưới tiêu thấp và đảm bảo khả năng thấm nước của đất.
-Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3 ha Chiều dài của ô nên lấy khoảng 300 – 450m, chiều rộng không quá 100-200m lấy căn cứ vào địa hình
Nước thấm qua đất được thu gom vào hệ thống tiêu nước, bao gồm các ống ngầm đặt dưới các ô với độ sâu từ 1.2 đến 2 mét và các mương hở xung quanh công trình.
Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia cánh đồng lọc ra làm 3 loại:
Cánh đồng lọc chậm (SR)
Cánh đồng lọc chậm là một hệ thống hiệu quả trong việc xử lý nước thải thông qua đất và thực vật, với lưu lượng nước thải nạp vào khoảng vài cm mỗi tuần Quá trình xử lý diễn ra khi nước thải di chuyển qua đất, trong đó một phần được hấp thụ vào nước ngầm, một phần được thực vật sử dụng, và một phần khác bốc hơi qua quá trình thoát hơi nước và hô hấp của thực vật Nếu được thiết kế chính xác, việc chảy tràn ra khỏi hệ thống sẽ được kiểm soát hoàn toàn.
Mực thủy cấp cần phải duy trì ở mức thấp hơn 0,6 - 1,0m so với mặt đất để ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước ngầm Độ dốc tối đa cho các cánh đồng trồng trọt không vượt quá 20%, trong khi đó, độ dốc của các cánh đồng không trồng trọt và sườn đồi không được lớn hơn 40% Đồng thời, khả năng khử BOD5 cũng cần được xem xét.
SS và coliform đạt khoảng 99% Nitơ được hấp thu bởi thảm thực vật, và nếu thực vật này được thu hoạch và chuyển đi nơi khác, hiệu suất hấp thu có thể lên đến 90%.
Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 1,5 - 10 cm/tuần tùy thuộc vào loại đất và thực vật Đối với cây trồng làm thực phẩm, cần khử trùng nước thải trước khi tưới hoặc ngừng tưới một tuần trước thu hoạch để đảm bảo an toàn Trong cánh đồng lọc chậm, lưu lượng nước thải thấp giữ lại các chất rắn lớn trên bề mặt đất, trong khi các chất rắn nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở lớp đất nông Các chất hòa tan trong nước thải có thể bị pha loãng nhờ mưa và các quá trình chuyển hóa, nhưng ở vùng khô hạn, các chất này có thể tích tụ lại do bốc hơi cao.
Có thể áp dụng chu kỳ 5 ngày tưới tiêu kết hợp với 7 ngày đất nghỉ để cải thiện khả năng tưới tiêu của đất, giúp quá trình phân hủy các chất rắn lơ lửng diễn ra hiệu quả hơn.
Cánh đồng lọc nhanh (RI)
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc nhanh là phương pháp đưa nước thải vào các kênh đào trên đất có độ thấm cao, như mùn pha cát hoặc cát, với lưu lượng nạp lớn.
Các yếu tố địa lý như độ thấm của đất và mực nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng phương pháp xử lý nước thải này Nước thải sau khi được lọc qua đất sẽ được thu hồi thông qua các ống thu nước ngầm hoặc giếng khoan Mục tiêu chính của phương pháp này là cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.
-Nạp lại nước cho các túi nước ngầm, hoặc nước mặt
-Tái sử dụng các chất dinh dưỡng và trử nước thải lại để sử dụng cho các vụ mùa
ĐỐI TƯỢNG , PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp khảo sát và lấy mẫu ngoài thực địa Đây là phương pháp kiểm định, đánh giá, lấy mẫu ngay ngoài hiện trường khảo sát Phương pháp này rất quan trọng, quyết định phần lớn tính chính xác của nghiên cứu như khảo sát xem lấy mẫu tại những vị trí nào, thời gian nào, mùa nào để kết quả chính xác
Phương pháp này đòi hỏi phải có chuyên môn nghiệp vụ và kinh nghiệm lấy mẫu
Chọn địa điểm lấy mẫu phải đảm bảo đại diện được các yêu cầu xử lý đặt ra
Lấy mẫu theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)
2.2.2 Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết
Phân loại tài liệu khoa học là quá trình sắp xếp hệ thống các thông tin theo từng khía cạnh, vấn đề và bản chất Việc phân loại này giúp đơn giản hóa nội dung phức tạp, làm cho thông tin trở nên dễ tiếp cận và sử dụng hơn cho người dùng.
Hệ thống hóa là phương pháp sắp xếp tri thức theo hệ thống, giúp cho việc việc xem xét đối tượng đầy đủ và chi tiết hơn
Phân loại tài liệu và hệ thống hóa tài liệu thường phải đi liền với nhau, bổ trợ cho nhau
2.2.3 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu
Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu các văn bản và tài liệu bằng cách chia nhỏ chúng thành từng phần để hiểu vấn đề một cách toàn diện Qua đó, phương pháp này giúp chọn lọc những thông tin quan trọng phục vụ cho đề tài nghiên cứu.
Phương pháp tổng hợp liên kết các mặt và bộ phận thông tin từ lý thuyết đã thu thập, nhằm tạo ra một hệ thống lý thuyết mới, đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu.
Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn
2.2.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm Đây là phương pháp cho kết quả phân tích chính xác và xác thực nhất Vì tại phòng thí nghiệm có đầy đủ dụng cụ và hóa chất cần thiết phục vụ cho quá trình phân tích và đánh giá mẫu Phương pháp này cho phép chúng ta đánh giá được mức độ ô nhiễm của mẫu Đảm bảo cho vấn đề xử lý hiệu quả sau này Trong quá trình làm khóa luận, em sử dụng phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm để phân tích các thông số COD, NH4 +, SS, pH, độ đục Qua trình thực nghiệm trong phòng thí nghiệm như sau:
Dụng cụ phân tích cần thiết bao gồm máy đo màu DR 2012 (HACH), cân điện tử, và các loại cốc thủy tinh 100ml, 250ml, 500ml Ngoài ra, cần có bình định mức 50ml, 100ml, 500ml, 1000ml, cuvet, pipet, ống nghiệm, tủ sấy, bếp điện, giấy lọc sợi thủy tinh, phễu lọc và giấy quỳ.
Nước cất 2 lần, nước cất 1 lần,
Hóa chất để xác định COD: H2SO4 đặc 98,8%, K2Cr2O7, HgSO4, Ag2SO4, KHP (Kalihidrophtalat)
Hóa chất dùng để xác định NH4
+: Dung dịch Xenhet, dung dịch Nessler, dung dịch chuẩn Amoni
2.2.4.1 Xác định một số thông số ô nhiễm
Mục đích của việc đo pH là để so sánh giá trị pH của mẫu trước và sau khi xử lý, từ đó có thể điều chỉnh kịp thời nếu cần thiết Phương pháp đo pH thường sử dụng giấy quỳ để thực hiện.
Độ đục được xác định bằng cách sử dụng máy so màu quang điện với kính lọc màu đỏ có bước sóng 860nm Đầu tiên, nước trong được cho vào máy quay ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 5 phút Sau khi gạt bọt, dịch trong của nước được đưa lên máy so mẫu và chỉnh về số 0 Cuối cùng, các mẫu thử được cho vào cuvet và đo trên máy so mẫu; kết quả đo sẽ biểu thị độ đục của mẫu thử với đơn vị là FAU.
Nguyên tắc : Dựa vào sự tăng khối lượng của giấy lọc khô trước và sau khi lọc mẫu và được sấy đến nhiệt độ không đổi ở 105°C
A, B : Khối lượng mẫu lọc sau và trước khi lọc mẫu (mg/l)
V : Thể tích mẫu đem lọc ( l )
Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K 2 HgI4) tạo kết tủa màu vàng (NH2Hg2I3) theo các phản ứng sau:
K2HgI4 + NH3 + KOH → NH2Hg2I3 ↓+ 5KI + H2O
Cường độ màu trong mẫu nước tỷ lệ thuận với nồng độ amoni Để xác định nồng độ amoni, phương pháp trắc quang được áp dụng, với việc đo mật độ quang ở bước sóng 425nm trong chương trình 380.
+ Hóa chất và thuốc thử
Dung dịch Xenhet: hòa tan 50g Kalinatritactrat (KNaC4H4O4) trong 100ml nước cất 2 lần
Nessler A: hòa tan 36g KI và 13,55g HgCl2 trong 1000ml nước cất 2 lần Nessler B: hòa tan 50g NaOH trong 100ml nước cất 2 lần
Thuốc thử Nessler: trộn đều 100ml Nessler A với 300ml Nessler B ta được thuốc thử Nessler
Cân chính xác 2.97g NH4Cl đã sấy khô ở 100 oC trong khoảng 1 giờ Sau đó, hòa tan trong bình định mức 1 lít và lắc đều Sử dụng pipet hút 5ml dung dịch vừa pha, cho vào bình định mức 1 lít và định mức đến vạch bằng nước cất, thu được dung dịch có nồng độ 5mg NH4+.
Trình tự tiến hành các mẫu có nồng độ chuẩn khác nhau, cho vào từng bình định mức với thuốc thử theo thứ tự trình bày trong bảng 2.2
Sau khi thêm thuốc thử, lắc đều các ống nghiệm và để yên trong 10 phút, tiến hành đo mật độ quang ở bước sóng 425nm theo chương trình 380 Kết quả sẽ thể hiện mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ NH4.
+ và rút ra phương trình đường chuẩn
Bảng 2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn Amoni
VDung dịch làm việc(ml)
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được biểu đồ thể hiện đường chuẩn NH 4 + sau
Hình 2.1 Biểu đồ đường chuẩn NH 4
-Tiến hành với mẫu thực
Để tiến hành phân tích nước thải, đầu tiên lấy 100ml mẫu nước thải cho vào cốc Tiếp theo, thêm 1ml ZnSO4 vào cốc Sau đó, gạn lấy 50ml phần dung dịch bên trong và cho vào 0,5ml dung dịch kalitactrat (xennhet) cùng với 0,5ml dung dịch Nessler Cuối cùng, sau 10 phút, đo kết quả trên máy trắc quang với bước sóng 425nm.
Dựa vào đường chuẩn để xác định hàm tương quan y = ax + b (trong đó x là nồng độ amoni (mg/l) trong mẫu, y là mật độ quang)
Để xác định nhu cầu oxy hóa học (COD), người ta sử dụng một chất oxy hoá mạnh như Kalibicromat (K2Cr2O7) để oxy hoá các chất hữu cơ trong môi trường axit Phản ứng này cho phép đo lường mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước.
Để xác định lượng Cr 3+ trong mẫu nước, sử dụng máy đo quang với phương pháp trắc quang Cường độ màu đo được sẽ phụ thuộc vào nồng độ COD có trong mẫu Quá trình đo mật độ quang được thực hiện ở bước sóng 600nm để xác định nồng độ COD chính xác.
+ Hoá chất sử dụng trong làm việc thí nghiệm
Để chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, cân 10,216g K2Cr2O7 (loại tinh khiết phân tích, đã sấy ở 103 oC trong 2 giờ) và hòa tan vào bình định mức 1 lít Tiếp theo, thêm 33,3g HgSO4 và 167ml dung dịch H2SO4 98% vào bình Sau đó, làm lạnh và định mức đến vạch định mức.
Mô hình thí nghiệm
Hình 2.3.Hệ thống mô hình thí nghiệm
Bể lắng I có dung tích 20 lít, được đặt cao nhất để nước tự chảy vào bể II Đường dẫn nước sang bể II cao 8cm so với đáy, được trang bị van điều lưu để điều chỉnh lượng nước và kiểm soát thời gian lắng của nước thải Đầu ống dẫn nước ra được kết nối với ống phun, giúp phân phối nước đều khắp bề mặt lớp đất.
Bể xử lý II có kích thước ống đường kính 15cm và dài 120cm, bên trong chứa lớp đất nén dày 90cm Phía dưới lớp đất có lưới giữ để nâng đỡ, trong khi đường ống dẫn nước ra khỏi bể được đặt ở đáy ống, cách lưới đỡ đất 5cm Trên ống có van điều lưu để kiểm soát lượng nước thoát ra, đảm bảo hiệu quả xử lý.
-Bể lắng III có dung tích 20 lít, chứa nước cuối hệ thống xử lý
-Các đường ống dẫn có Ө = 14mm
Nguyên lý hoạt động của mô hình
Nước thải được xử lý trong bể lắng I trong khoảng 30 phút để loại bỏ cặn bẩn và chất lơ lửng, sau đó được dẫn qua ống ra giàn phun để thấm đều vào đất Khi nước thải thấm qua lớp đất, các chất keo và rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại, trong khi vi sinh vật sẽ phân hủy chúng thành mùn và khoáng chất Quá trình này cũng giúp loại bỏ một số kim loại nặng và tiêu diệt mầm bệnh, ký sinh trùng nhờ sự cạnh tranh với vi sinh vật trong đất Sau khi thấm qua đất, nước sẽ chảy vào bể chứa qua ống thoát Hệ thống được vận hành liên tục 24/24 giờ, với van điều lưu được điều chỉnh để đảm bảo sau 24 giờ, 10 lít nước thải được chuyển từ bể lắng I sang bể II.