Dự thảo tóm tắt luận án Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải sinh hoạt ở thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN XUÂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐẤT NGẬP

NƯỚC NHÂN TẠO XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở

THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước

Mã số: 62440303

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ

KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2017

Công trình được hoàn thành tại: Khoa Môi trường, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Loan

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia

chấm Luận án Tiến sĩ họp tại Trường ĐHKH Tự nhiên vào hồi … giờ

….. ngày ….. tháng năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam;

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Nước thải sinh hoạt (NTSH) thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng

Trị có lưu lượng 6.248 m³/ngày và đang xả trực tiếp ra môi trường.

Là một đô thị nhỏ và có tiềm lực kinh tế hạn chế, Đông Hà cần

lựa chọn công nghệ xử lý nước thải (XLNT) có chi phí đầu tư thấp.

Đất ngập nước nhân tạo (CW) là một trong những phương phương

pháp XLNT linh động, chi phí thấp và thân thiện môi trường.

CW đã được nghiên cứu và áp dụng khá khá nhiều, tuy nhiên

việc ứng dụng cho một địa phương với điều kiện môi trường và quy

chuẩn xả thải cụ thể đòi hỏi có nghiên cứu chi tiết. Ngoài ra, sử dụng

vật liệu lọc và cây trồng địa phương (chưa được nghiên cứu) cũng mở

ra cơ hội để cải thiện, nâng cao hiệu quả và khả năng ứng dụng CW

cho một loại nước thải cụ thể.

Từ đó, tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương

pháp đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải sinh hoạt ở thành phố

Đông Hà, tỉnh Quảng Trị”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được khả năng xử lý NTSH bằng phương pháp CW;

Đưa ra được mô hình CW, xử lý NTSH thành phố Đông Hà đạt

tiêu chuẩn (Cột B, QCVN 14: 2008/BTNMT)

3. Luận điểm khoa học

Còn nhiều “lỗ hổng” trong các nghiên cứu về CW:

Thứ nhất, cây trồng, vật liệu lọc và các thông số hoạt động chi

phối và ảnh hưởng lớn đến CW. Các nhân tố này luôn thay đổi, và các

kết quả công bố có mức độ biến động lớn.

Thứ hai, các quá trình loại bỏ chất ô nhiễm chịu ảnh hưởng trực

tiếp bởi yếu tố địa phương.

Thứ ba, sự khác nhau về yêu cầu xử lý dẫn đến các đòi hỏi khác

nhau về kiểu mô hình và yêu cầu thiết kế CW.

1

Đề tài giải quyết các câu hỏi: 1) Ứng dụng mô hình CW nào có

hiệu suất xử lý tốt hơn; 2) Cây trồng nào thích nghi và có hiệu quả

cao; 3) Thông số thiết kế và vận hành nào phù hợp với NTSH.

4. Nội dung nghiên cứu

Khảo sát hiện trạng NTSH thành phố Đông Hà;

Nghiên cứu khả năng loại bỏ ô nhiễm của các kiểu CW.

Đề xuất mô hình CW xử lý nước thải tp Đông Hà.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Luận án đưa ra dữ liệu nghiên cứu về CW xử lý

NTSH trong điều kiện khí hậu Việt Nam.

Ý nghĩa thực tiễn: Luận án góp phần đưa ra phương án lựa chọn khả

thi và có thể ứng dụng cho việc XLNT tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.

6. Những đóng góp mới của đề tài

Xác định được khả năng xử lý và thích nghi của cây môn nước,

môn đốm và phát lộc trong môi trường CW. Đây là các loại cây chưa

được nghiên cứu và công bố nhiều trên thế giới và Việt Nam

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1. Nước thải sinh hoạt và công nghệ xử lý

1.1.1. Đặc trưng nước thải sinh hoạt

NTSH Việt Nam rất khác nhau giữa các địa phương, hầu hết

vượt quá tiêu chuẩn. BOD₅và COD ở Đà Lạt và Buôn Ma Thuột (200

– 300 mg/L) cao hơn Hà Nội và tp Hồ Chí Minh từ 3 – 5 lần.

1.1.2. Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Trước đây (1980s): loại bỏ BOD₅, TSS, và VSV với công nghệ

SH truyền thống như bùn hoạt tính. Gần đây: loại bỏ dinh dưỡng, vi

khuẩn, kim loại nặng… với công nghệ cao, hợp khối, UV, Nano…

Ở Việt Nam, các nhà máy xử lý NTSH tập trung của các đô thị

chủ yếu áp dụng bùn hoạt tính hoặc bùn hoạt tính kết hợp (WB, 2003).

2

1.2. Đất ngập nước nhân tạo

1.2.1. Giới thiệu

CW là một hệ thống, mô phỏng hệ sinh thái đất ngập nước tự

nhiên để cải thiện chất lượng nước và xử lý nước thải.

1.2.1.1. Mô hình dòng chảy tự do bề mặt (FWS)

FWS có dòng chảy trên mặt nhiều hơn dòng chảy dưới bề mặt.

FWS thường dùng xử lý hoàn thiện sau bậc 2, bậc 3 (Hình 1.1).

Hình 1.1: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy tự do bề mặt

1.2.1.2. Mô hình dòng chảy ngang (HF)

Trong HF, nước cấp chảy chủ yếu theo chiều ngang, song song

với mặt nước. HF xử lý tốt đối với với BOD₅và SS (Hình 1.2).

Hình 1.2: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngang

1.2.1.3. Mô hình dòng chảy thẳng đứng (VF)

VF cấp nước theo chiều thắng đứng. VF loại bỏ tốt chất hữu

cơvà TSS nhưng hạn chế quá trình phản nitrat (Hình 1.3).

3

Hình 1.3: Đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng

1.2.1.4. Mô hình tích hợp (ICW)

ICW là kết hợp HF, VF và FWS thành các kiểu bố trí khác nhau.

ICW tăng hiệu quả, cân bằng ưu điểm và nhược điểm các CW.

1.2.2. Thành phần

1.2.2.1. Nước

CW thiếu nước ảnh hưởng đến thực vật, VSV và hiệu quả. Nước

đi vào CW bằng nguồn cấp dòng vào (nước thải) và mưa.

1.2.2.2. Chất nền

Chất nền gồm: cát, sỏi, đất, đá và vật liệu nhân tạo (bùn phèn

nhôm, sét trương nở nhẹ…). Ngày nay, CW không dùng đất hoặc vật

liệu có kích thước nhỏ làm vật liệu nền.

1.2.2.3. Thực vật

Hiện nay, 150 loài đã dùng CW và phổ biến nhất là cây sậy

(Phragmites spp.), cỏ nến (Typha spp.), cói (Scirpus spp.). TV góp

phần giảm tốc độ dòng nước, tăng lắng, giảm tảo…

1.2.2.4. Vi sinh vật

Vi sinh vật (VSV) oxy hóa hợp chất hữu cơ, chuyển hóa N, P

và ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của cây. VSV trong trong CW bao

gồm các loài hiếu khí, yếm khí và tùy nghi.

4

1.2.3. Cơ chế xử lý

1.2.3.1. Giới thiệu

Quá trình loại bỏ chất ô nhiễm trong CW gồm: lắng; chuyển hóa

hóa học; lọc; kết tủa hóa học; phá hủy, chuyển hóa bởi VSV và TV.

1.2.3.2. Cơ chế loại bỏ chất rắn lơ lửng

Bằng quá trình lắng, hấp thụ vào màng sinh học và tái phân tán

trong CW. Quá trình phân tán có thể làm tăng SS trong nước đầu ra.

1.2.3.3. Cơ chế chuyển hóa hợp chất hữu cơ

- Quá trình tách vật lý: Hạt cỡ lớn/keo được tách như TSS. Bay hơi

cũng góp phần vào làm giảm hợp chất hữu cơ.

- Quá trình chuyển hóa sinh học: Đây là quá trình quan trọng nhất để

giảm BOD và nhân tố thúc đẩy là VSV.

1.2.3.4. Cơ chế chuyển hóa nitơ

Nitơ trong CW chủ yếu được xử lý bằng quá trình nitrat – phản

nitrat hóa. Ngoài ra, còn có hấp thụ, hấp phụ và bay hơi.

1.2.3.5. Cơ chế chuyển hóa phốt pho

Phốt phát hạt lắng xuống đáy hoặc kết dính vào thực vật hoặc

màng SH và dạng hòa tan hấp thụ vào màng SH.

1.2.3.6. Cơ chế loại bỏ mầm bệnh

Cơ chế gồm: hấp phụ VSV gây bệnh, tia UV khử mầm bệnh, vi

khuẩn đơn bào, thực khuẩn... ăn VSV gây bệnh.

1.2.4. Động học và mô hình loại bỏ ô nhiễm

1.2.4.1. Mô hình hằng số tốc độ phản ứng

Mô hình động học bậc Bậc 1 đã được ứng dụng khá phổ biến.

Tuy nhiên, điều kiện hoạt động và các yếu tố không được phản ánh

đầy đủ trong mô hình này. Do đó, mô hình kết hợp Bậc 1 với các giả

thiết kiểu dòng chảy đẩy (PFR/Plus Flow Reactor) và dòng chảy rối

liên tục (CSTR/Continuously Stirring Reactor Tank) có hiệu quả hơn.

Trong nghiên cứu ngày, tác giả đề cập đến 03 mô hình động học kết

hợp như sau:

5

- Mô hình bậc 1 với C^*và PFR (dòng chảy đẩy):

∗

ꢀ ꢂꢀ

ꢁ

Ln

= ꢄ_ꢅ/ꢆꢇꢈ

(1)

(2)

(3)

∗

ꢀ ꢂꢀ

ꢃ

- Mô hình bậc 1 với CSTR (dòng chảy rối)

(C_ꢉ− C_ꢊ) = ꢄ_ꢋC_ꢊ/ꢆꢇꢈ

- Mô hình Monod với CSTR

( )

ꢌ_ꢍ− ꢌ_ꢎꢌ_ꢏ+ ꢌ_ꢎ= ꢄ_ꢐꢌ_ꢎ/ꢆꢇꢈ

)(

Trong đó:

k₁(m/ng), k₂(m/ng), k₃(g/m².ngày) là hằng số loại bỏ bậc 1;

C_ilà nồng độ đầu vào (mg/L); C_olà nồng độ đầu ra (mg/L);

HLR là thời gian lưu. HLR = Q/A (ngày);

C* nồng độ nền; C_hlà hằng số bán bão hòa giới hạn (mg/L).

1.2.4.2. Mô hình hồi quy tuyến tính

Mô hình hồi quy tuyến tính đa biến (MR/mutilple regression)

được biểu diễn bằng phương trình sau:

y = α + β₁x₁+ β₂x₂+ … + β_px_p

C_ohoặc L_r= f (C_i,HLR, L_i…)

Trong đó:

y là biến phụ thuộc (giải thích) (C_oand L_r);

x_i,plà biến độc lập (được giải thích) (C_i, L_iand q);

β_i,plà hệ số tuyến tính; α là “chặn” (intercept);

C_ilà nồng độ đầu vào (mg/L); C_olà nồng độ đầu ra (mg/L);

HLR là tải trọng thủy lực (m/ngày);

L_ilà tải lượng vào (g/m².ngày L_rlà tải lượng loại bỏ (g/m².ngày).

1.3. Cải thiện hiệu suất của đất ngập nước nhân tạo

1.3.1. Cấp khí chủ động và bị động

Tăng cường O₂cho hệ thống CW bằng các kĩ thuật như: hệ

thống “hút” khí chủ động tự nhiên, tháp “lai” và cấp khí nhân tạo.

6

1.3.2. Tuần hoàn nước thải

Tuần hoàn làm tăng thời gian tiếp xúc giữa nước thải và CW

và tăng hiệu quả, cần thiết đối với nước thải ô nhiễm cao. Ngoài ra,

hồi lưu còn làm gia tăng nồng độ oxy tự do trong CW.

1.3.3. Cấp nước gián đoạn

Cấp nước theo mẻ, chu kì tạo môi trường hiếu, thiếu và kị khí

trong CW, thúc đẩy loại bỏ hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng. Cấp nước

theo mẻ có thể cấp bảo hòa bề mặt hoặc làm đầy – khô.

1.3.4. Thiết kế tối ưu

Các nghiên cứu xếp chồng các đơn nguyên hoặc tháp “lai” đã

được thực hiện nhằm làm giảm diện tích bề mặt và tăng hiệu quả.

1.4. Nghiên cứu và ứng dụng đất ngập nước nhân tạo

1.4.1. Trên thế giới

CW bắt đầu nghiên cứu ứng dụng vào những năm 1980 và phát

triển mạnh vào đầu những năm 1990. Giai đoạn này chủ yếu là FWS

(Bắc Mỹ) và HF (Châu Âu) sử dụng chủ yếu cho sử lý nước thải đô

thi. Từ 1990s, CW mở rộng Châu Á, Úc và Phi. Giai đoạn này sử dụng

nhiều VF và ICW, và mở rộng với nhiều loại nước thải.

1.4.2. Ở Việt Nam

Nghiên cứu và ứng dụng CW chưa nhiều. Các nghiên cứu các

tác giả như Nguyễn Thị Loan (2005), Nguyễn Việt Anh và nnk (2010),

Ngô Thụy Diễm Trang và nnk (2010, 2012)... sử dụng CW xử lý

NTSH, nuôi trồng thủy sản và làng nghề.

Một số cơ sở sản xuất đã dùng CW vào XLNT: nhà máy chế

biến thủy sản – Cty cổ phần xuất khẩu thủy sản 2, tỉnh Quảng Ninh);

Công trình CW, kị khí và hồ SH, xử lý NTSH tại phường Bách Quang,

thị xã Sông Công (tỉnh Thái Nguyên); công trình CW hoàn thiện của

nhà máy Dệt may Hòa Thọ, Đà Nẵng...

7

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là NTSH ở tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

và mô hình CW. NTSH được hiểu là nước thu gom từ các hộ gia đình,

văn phòng và hoạt động thương mại, không bao gồm nước thải sản

xuất. Phạm vi của nghiên cứu này là tp Đông Hà, tỉnh Quảng Trị. Cụ

thể là nước thải tại cống thải phường 1 (16°49'30.4" Vĩ độ Bắc

107°05'38.5" Kinh độ Đông) và phường Đông Lễ (thuộc đường Lê

Lợi, 16°48'27.3" Vĩ độ Bắc và 107°06'40.4" Kinh độ Đông).

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp lấy, xử lý và phân tích mẫu

Trong nghiên cứu thí nghiệm: Mẫu 3 ngày 1 lần, 12 tuần.

Thông số: pH, BOD₅, TSS, NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, Tcol.

Mô hình ở thực địa: Mẫu 1 lần/tuần, 06 tháng. Thông số: pH,

BOD₅, TSS, NH₄-N, TN, NO₃-N, COD, PO₄-P, Tcol.

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm

2.2.2.1. Nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm

a. Bố trí thí nghiệm:

Nghiên cứu quy mô thí nghiệm gồm 4 hệ thống: 2 hệ thống

chính gồm: Hệ thống I gồm 03 bể theo thứ tự HF (03 bể), VF và FWS

và hệ thống II gồm 03 bể, thứ tự VF, HF (03 bể) và FWS. 2 hệ thống

bể đối chứng gồm: III (bể không trồng cây) và IV (bể không trồng cây

và không có lớp vật liệu lọc) (Hình 2.1). Chi tiết cấu tạo các bể được

thể hiện ở Hình 2.2.

8

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

Hình 2.2: Chi tiết các bể thí nghiệm

b. Kích thước và vật liệu:

Kích thước (Dài x Rộng x Cao) (cm): VF (70 x 50 x 40); HF

(70 x 50 x 60). FWS thể tích 80L, D 48,5 cm, cao 54,5 cm (Hình 2.2).

Vật liệu lọc gồm đá, sỏi được sắp xếp thành 3 lớp:

+ Lớp dưới: cỡ hạt 3 – 8 cm. Chiều cao trong HF là 20; VF là 30 cm

+ Lớp giữa: cỡ hạt 1 – 3 cm. Chiều cao trong HF là 15, VF là 20 cm.

+ Lớp trên: cỡ hạt 0,1 – 0,9 cm. Chiều cao HF là 15, VF là 20 cm.

c. Cây trồng:

9

+ Cây chuối hoa (Canna indica) trong VF;

+ Cây môn nước (Colocasia esculenta) trong bể HF₁;

+ Cây môn đốm (Caladium bicolor) trong bể HF₂;

+ Cây phát lộc (Dracaena sanderiana) trong HF₃;

+ Cây hoa súng (Nymphaea pubescens) được trồng FWS.

d. Thông số vận hành:

Thông số vận hành gồm tải trọng thủy lực (HLR), thời gian lưu

(HRT) và lưu lượng (Q), được thể hiện trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1: Tổng hợp thông số vận hành mô hình thí nghiệm

Thông số vận hành

Giai đoạn vận hành

1

2

Q (Lít/ngày) (L/ng)

HLR (mét/ngày) (m/ng)

HRT (ngày)

80

0,05

3,65

160

0,1

1,82

2.2.2.2. Nghiên cứu ở quy mô thực địa

a. Sơ đồ và vị trí bố trí thí nghiệm:

Nghiên cứu quy mô thực địa là hệ thống 2 giai đoạn, gồm: bể

VF và HF (Hình 2.3). Mô hình đặt tại cống thải chính, giao cắt tại

đường Lê Lợi, phường Đông Lễ, thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực địa

b. Kích thước và vật liệu:

10

- Kích thước:

+ Bể VF có kích thước: 1,2/1,2/1,2 (Dài/rộng/cao);

+ Bể HF: 3,0/1,0/1,0 (m) (Dài/rộng/cao)

- Vật liệu lọc: như trong mô hình thí nghiệm (Mục 2.2.2.1,b).

c. Các loại cây trồng:

Chuối hoa trồng trong bể VF và cây môn nước ở bể HF.

d. Thông số vận hành của mô hình:

Bảng 2.2: Tổng hợp các thông số vận hành

Thông số vận hành

Giai đoạn vận hành

1

2

3

Q (m³/ng)

0,444

0,1

0,888

0,2

0,666

0,15

1,76

HLR (m/ng)

HRT (ngày)

2,65

1,32

2.2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Phân tích thống kê mô tả, phương sai và vẽ biểu đồ dùng phần

mềm R (version 3.2.2). Sử dụng t test và phân tích ANOVA (Tukey

HSD) để kiểm định thống kê, độ tin cậy 95%. Phương pháp LMG

(Lindeman, Merenda and Gold) sử dụng để xác định mức độ quan

trọng của các biến và phương pháp Bayes (BMA) được sử dụng để

đánh giá và lựa chọn mô hình MR tối ưu. Phương trình tối ưu là

phương trình có R²(hệ số xác định) cao, BIC (tiêu chuẩn thông tin

Bayes) thấp và PP (xác suất hậu định) cao).

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiện trạng và tính chất nước thải thành phố Đông Hà

3.1.1. Thành phần và tính chất

Kết quả phân tích mẫu NT qua các đợt khảo sát có khoảng giá

trị: BOD₅103 - 289; TSS 131 - 460; NH₄-N 4,83 - 35,1 (mg/L).

Thông số TSS, BOD₅, NH₄-N và Tcol cao hơn QCVN

14/2008/BTNMT và đạt mức trên trung bình so với nước thải đầu vào

các nhà máy XLNT tập trung ở các thành phố Việt Nam.

11

3.1.2. Hiện trạng thu gom và xử lý

NTSH tp Đông Hà vẫn chưa được xử lý và thoát bằng cống hỗn

hợp. Hệ thống thoát nước chia làm 14 lưu vực và khá tách biệt. Nước

thải của thành phố chủ yếu là các hộ gia đình, công sở hoặc cơ sở kinh

doanh, dịch vụ. NT công nghiệp và y tế được xử lý riêng.

3.2. Kết quả nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

3.2.1. Đặc trưng nước thải đầu vào

Nồng độ nước thải đầu vào khá cao: BOD₅= 209, TSS = 192,

NH4-N = 35,1 (mg/L) và Tcol = 103.000 MPN/100mL.

3.2.2. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm

3.2.2.1. Chất rắn lơ lửng

Loại bỏ TSS của I là 70,9 ± 13% và II là 71,2 ± 11,1%. Hệ

thống đối chứng thấp hơn, với III 65 ± 8% và IV là 7 ± 8,5% (Hình

3.1). Vai trò của lớp lọc được ghi nhận trong loại bỏ TSS giữa hệ

thống IV (không có lớp lọc) và I, II (hệ thống đầy đủ).

Khi tăng HLR, loại bỏ TSS giảm. Sự khác biệt nồng độ TSS đầu

ra giữa các HLR có ý nghĩa thống kê (P <0,05).

Hình 3.1: Hiệu quả loại bỏ và nồng độ TSS đầu ra

12

3.2.2.2. Hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học

Loại bỏ BOD₅của I và II khá cao (I là 82 ± 7%, II là 84 ±

5,2%). Hệ thống III thấp hơn, đạt 63 ± 12%, trong khi đó hệ thống

IV chỉ đạt đạt 10,6 ± 16,4% (Hình 3.2). Điều này là do thời gian lưu

ngắn và thiếu giá thể để VSV bám dính trong rễ cây và lớp lọc, nên

quá trình phân hủy sinh học diễn ra chậm. Loại bỏ BOD₅ở VF và

HF 40% - 60%, FWS là 22 - 26%.

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

I

II

III

IV

BL

I

II

III

IV

Mô hình thí nghiệm

Hình 3.2: Đầu ra và hiệu quả loại bỏ BOD₅của các mô hình

Tải lượng loại bỏ BOD₅(L_rb) của I là 11,6 và II là 11,9

g/m².ngày. Loại bỏ BOD₅giữa các bể HF không có sự khác biệt mang

ý nghĩa thống kê (P >0,05). Hiệu quả loại bỏ trung bình (%) của HF₁

cao hơn các bể còn lại.

Khi tăng HLR, loại bỏ BOD₅giảm. Không có sự khác biệt đáng

kể BOD₅ra giữa các HLR (P >0,05), ngoại trừ hệ thống III.

3.2.2.3. Chất dinh dưỡng

Nồng độ NH₄-N trong nước thải đầu vào có giá trị trung bình là

34 mg/L, cao hơn nhiều so với QCVN 14:2004/BTNMT (10 mg/L).

NH₄-N giảm nhanh trong bể VF so với bể HF và FWS.

13

Hình 3.3: Giá trị và loại bỏ NH₄-N và PO₄-P trong các hệ thống

Loại bỏ NH₄-N khá cao, hệ thống I là 87 ± 6%, II là 91 ± 5,6%,

III là 84,5 ± 6% và IV là 87,7 ± 3,6% (Hình 3.3). Như vậy, sự khác

nhau giữa các hệ thống không ảnh hưởng nhiều đến NH₄-N. Bể đối

chứng không trồng cây và lớp lọc có hiệu quả loại bỏ NH₄-N khá cao

là do dòng chảy tự do, tái xâm nhập oxy từ không khí thuận lợi bởi

khuếch tán và quang hợp của tảo. Đầu ra NH₄-N thấp, 2 – 7 mg/L.

Hiệu quả PO₄-P không ổn định và thấp: I là 13,7 ± 21%, II

28,2 ± 19,4%, III 4 ± 28% và IV 2,2 ± 0,2%. Tải trọng NH₄-N: I 2,2,

II 2,5, III 2,19 và IV 2,16 (g/m².ng). Khi tăng HLR: loại bỏ NH₄-N

của I không biến đổi (87%), II, III và IV giảm.

3.2.2.4. Coliform

Nồng độ Tcol đầu vào khá cao, trung bình 146.000

MPN/100mL (5,11 đơn vị log). Đầu ra Tcol luôn đạt yêu cầu xả thải.

Loại bỏ Tcol đạt cao, trên 90%, cụ thể I đạt 98,7 ± 1,4%, II 99 ± 0,8%,

III 98,4 ± 1,8% và IV 95,4 ± 6,6%. Khả năng loại bỏ Tcol của 2 hệ

thống chính (I, II) đạt xấp xỉ 2,0 (đơn vị log). Các kết quả trước đây

cho thấy, loại bỏ Tcol đối với NTSH từ 0,8 – 2,7.

14

3.3. Kết quả nghiên cứu quy mô thực địa

3.3.1. Đặc trưng nước thải đầu vào

Nồng độ nước thải đầu vào thấp so với nước thải vận hành mô

hình quy mô thí nghiệm (ví dụ Tcol chỉ bằng 1/18 lần, BOD₅bằng 2/3

lần). So với QCVN 14:2008/BTNMT, NO₃-N và PO₄-P thấp hơn, TSS

và Tcol vượt không đáng kể, khoảng 1,2 – 1,7 lần. Nồng độ BOD₅và

NH₄-N có giá trị cao hơn, vượt từ 2,3 – 2,6 lần (Bảng 3.1).

Bảng 3.1: Thông số nước thải đầu vào nghiên cứu thực địa (n = 23 mẫu)

Thông

số

Trung bình ± SD

QCVN

14:2008/

BTNMT

Giai đoạn 1

7,4

Giai đoạn 2 Giai đoạn 3

Trung bình

7,4

pH

7,5

7,4

5-9

TSS

(mg/L)

114,8 ± 13,8 117,3

11,8

±

141,7 ± 26,1 123,8

20,5

±

100

BOD₅

(mg/L)

133,6 ± 11,6 118,1

11,5

132 ± 6,8

196,4 ± 7

1,6 ± 0,2

127,7

11,6

50

-

COD

(mg/L)

187,3 ± 14,1 178,0

13,8

186,8

12,3

NO₃-N

(mg/L)

1,3 ± 0,5

1,7 ± 14,6

1,5 ± 0,5

50

10

NH₄-N

(mg/L)

21,7 ± 0,5

22,6 ± 14,6 25,1 ± 8,4

23,1 ± 5,8

TN (mg/L) 32,6 ± 4,4

34,1 ± 5,1

1,1 ± 23,0

34,4 ± 8,1

1,1 ± 0,4

33,6 ± 6

-

PO₄-P

1,0 ± 0,4

1,05 ± 0,4

10

(mg/L)

Tcol

10.437

±

7.825 ± 24 6.914

1.715

±

8.456

4.022

±

5.000

(MPN/100 5.955

mL)

3.3.2. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm

3.3.2.1. Chất rắn lơ lửng

TSS ra của VF xấp xỉ TSS vào và có 4 lần TSS vượt 100mg/L

(QCVN 14:2008/BTNMT). Loại bỏ TSS của VF khá thấp, chỉ đạt

3±10%. Cấp nước gián đoạn có thể là nguyên nhân dẫn đến TSS đầu

15

ra của bể VF tăng. Hiệu quả HF đạt 26±8% và tổng VF – HF đạt 28,4%

(Hình 3.4 và Hình 3.5).

Hình 3.4: Biến động giá trị TSS vào – ra các bể thí nghiệm

Hình 3.5: Nồng độ và loại bỏ TSS qua các bể thí nghiệm

Đầu ra TSS giữa các tải trọng khác nhau có sự phân hóa (theo

chỉ số P. Có sự khác biệt giữa HLR₁- HLR₂và HLR₁- HLR₃(P

<0,05), trong khi đó HLR₂- HLR₃không có sự khác biệt (P >0,05).

16

3.3.2.2. Hợp chất hữu cơ

Nhìn chung, COD có cùng xu hướng diễn biến so với BOD₅.

BOD₅biến động đáng kể theo từng giai đoạn nghiên cứu (Hình 3.7)

Hình 3.6: Biến động nồng độ BOD₅dòng vào – ra

60

50

40

30

VF

HF

Bể xử lý

Hình 3.7: Nồng độ và loại bỏ BOD₅và COD qua các bể

Hình 3.7 cho thấy, loại bỏ BOD₅và COD tương ứng 74,9% ±

11,5% và 68,2 ± 10,3%. Loại bỏ BOD₅VF là 50,5% và HF là 50,9%.

Kết quả này thấp hơn một số nghiên cứu tương đương.

Tải lượng loại bỏ BOD₅(L_rb) của VF là 30 g/m².ngày, HF là 6,9

và cả mô hình là 14,5 (g/m².ngày). Nồng độ BOD₅ra giữa HLR₁và

17

HLR₂, HLR₂và HLR₃(P <0,05) có sự khác biệt đáng kể, ngược lại

giữa HLR₁và HLR₃không có sự khác biệt (P > 0,05).

Sau 6 tháng hoạt động, cây môn nước đạt được độ cao trung

bình 1,0m với 220 nhánh/m²và chuối hoa cao 0,7m với 50 nhánh/m².

3.3.2.3. Chất dinh dưỡng

NH₄-N đầu vào cao hơn 10mg/L và ra (tại HF) ổn định, chiếm

8,6%, vượt QCVN 14/2008/BTNMT. NO₃-N đầu vào thấp, 2 – 3

mg/L, tại VF nồng độ NO₃-N biến động mạnh và khá cao (Hình 3.8).

Hình 3.8: Hiệu quả loại bỏ và nồng độ NH₄-N và TN

Loại bỏ NH₄-N đạt 76,2 ± 12,9% với VF 58,4 ± 17,4% và HF

45 ± 13,4%. Loại bỏ TN trong VF là 63 ± 7% và HF là 44 ± 12% và

tổng cộng là 79 ± 7%. Tải lượng loại bỏ NH₄-N (L_rn) là 2,7 g/m².ngày,

trong đó L_rncủa VF là 6,3 và của HF là (0,9 g/m².ngày). Tải lượng loại

bỏ TN là 4,0 g/m².ngày, trong đó VF là 9,7 g/m².ngày và của HF là

1,2 g/m².ngày. PO₄-P biến động mạnh và thấp, loại bỏ đạt 3,6 ± 43,7%.

3.3.2.4. Coliform

Tcol trung bình là 8.456 MPN/100mL và giá trị cao nhất gấp

hơn 4 lần quy định. Tại HF, Tcol thấp hơn quy chuẩn xả thải, với giá

trị trung bình là 1.485 MPN/100mL (Hình 3.9).

18