ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN THỊ THU
Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI LỌC NGẦM TRỒNG
CÂY XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT TẠI XÃ ĐỒNG LIÊN,
HUYỆN PHÚ BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng
Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2011 - 2015

THÁI NGUYÊN – 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM



THÁI NGUYÊN – 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài, em đã nhận được
sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này em xin bày
tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông - Lâm Thái
Nguyên đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề
tài nghiên cứu.
Em xin trân trọng cảm ơn TS. Dƣ Ngọc Thành;THS. Trƣơng ánh Tuyết người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tập thể cô, chú, anh chị công tác trong xã Đồng Liên, huyện Phú Bình đã tận
tình giúp đỡ em trong quá trình thu thập thông tin nghiên cứu và hoàn thành đề tài
nghiên cứu.
Ngày 20 tháng 4 năm 2015
Sinh viên

Trần Thị Thu


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tác dụng của các công trình trong xử lý cơ học ........................................8
Bảng 3.1 Kí hiệu các loại vật liệu lọc trong thi nghiệm............................................29
Bảng 3.2 Bảng công thức vật liệu lọc trong thí nghiệm ...........................................30
Bảng 3.3 bảng công thức nghiên cứu hiêu quả xử lý nước thải sinh hoạt trong thí nghiệm....... 30

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV

Coefficient of variation

Hệ số biến động

DO

Dissolved Oxygen


Vật liệu lọc

VSV

Vi sinh vật


v

MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................1
1.2. Mục đích của đề tài ...........................................................................................2
1.3. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..........................................................................2
1.4.1 Ý nghĩa khoa học .........................................................................................2
1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................2
Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................3
2.1 Cơ sở khoa học ..................................................................................................3
2.1.1 Một số khái niệm .........................................................................................3
2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt ...............................................................4
2.1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm trồng cây .......................................................13
2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam ..........................................23
2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................23
2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .............................................................25
Phần 3. ĐỐI TƢỢNG,NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......28
3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................28
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................28
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................28

4.3.4 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, của các loại cây trong mô hình........... 49
4.4. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ...................................................................51
4.4.1. Kết quả chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 20 lít/ngày ........................52
4.4.2. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 30 lít/ngày ......................................53
4.4.3. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 40 lít/ngày ......................................53
4.4.4. Chạy mô hình với tải trọng thuỷ lực 50 lít/ngày ......................................54
Phần 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................56
5.1. Kết luận ...........................................................................................................56
5.2. Đề nghị ............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................58


1

Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được quan tâm
trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Trái đất –
ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần tài
nguyên. Nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay do các
hoạt động kinh tế - xã hội. Các hoạt động này, một mặt cải thiện chất lượng cuộc
sống con người và môi trường, mặt khác lại đặt ra hàng loạt vấn đề như: Khan
hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường
khắp nơi trên thế giới.
Nước thải sinh hoạt phát sinh từ mọi hoạt động sống và sản xuất của con
người. Nền kinh tế - xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng và
lượng nước thải chiếm tới 80% lượng nước sử dụng. Vấn đề cấp thiết hiện nay là
phải có biện pháp quản lý và xử lý ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt ở các
khu dân cư thành thị và nông thôn.

- Xác định độ dẫn thuỷ lực của các công thức vật liệu lọc và tải trọng thủy lực
tối ưu từ đó tìm ra công thức tối ưu nhất để ứng dụng vào mô hình bãi lọc ngầm
trồng cây.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây xử lý hiệu quả nước
thải sinh hoạt bằng các loại vật liệu và thực vật nghiên cứu.
- Đánh giá khẳ năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây.
- Thành phần nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam (QCVN
14-2008)về nước thải sinh hoạt.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.4.1 Ý nghĩa khoa học
-Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học vào nghiên cứu.
- Xác định độ dẫn thuỷ lực của vật liệu lọc và tải trọng thủy lực tối ưu từ đó
vận dụng xây dựng mô hình.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây.
1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Xác định được độ dẫn thuỷ lực và tải trọng thủy lực tối ưu của một số vật liệu
lọc để ứng dụng trong xây dựng bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sinh hoạt.
Mô hình bãi lọc ngầm trồng cây là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh
hoạt trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí
thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo môi
trường.Từ đó nghiên cứu xây dựng được mô hình xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp
với điều kiện thực tế của địa phương và ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt cho khu
dân cư tại xã Đồng Liên.


3

Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học

* Độ dẫn thủy lực (Hydraulic conductivity): Lượng nước được giữ lại trung
bình trên 1 đơn vị diện tích ướt hay khả năng cho nước đi qua của vật liệu trên 1
đơn vị diện tích.
Độ dẫn thuỷ lực của các vật liệu khác nhau là khác nhau, nên độ dẫn thuỷ lực
phụ thuộc vào chất liệu của vật liệu lọc.
2.1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt
2.1.2.1 Tính chất nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn
có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm. Lượng nước thải
sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và thói quen của
người dân, có thể tính bằng 80% lượng nước cấp. Chất hữu cơ chứa trong nước thải
bao gồm các hợp chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%). Nồng độ
chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo
trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học (Nguyễn
Việt Anh, 2005)[1].
2.1.2.2 Thành phần nước thải sinh hoạt
*Các thông số vật lý
+ Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng
Các chất rắn lơ lửng trong nước (Total Suspended Solids - (TSS - SS) có thể
có bản chất là: Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt
sét);các chất hữu cơ không tan;các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật
nguyên sinh…).
+ Mùi
Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S - mùi trứng thối. Các hợp chất khác,
chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện
yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.
+ Độ màu
Màu của nước thải mang đặc trưng riêng của từng nguồn thải và do sản phẩm
được tao ra từ các quá trình phân hủy lý - hóa của các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ


Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh
vật. Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất,


6

là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin
trong nhân tế bào. Vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp
chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí.
Các hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ
(NH4+, NO2-, NO3-).
+ Phospho và các hợp chất chứa phospho
Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của
sinh vật. Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo
quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất
thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1). Phospho và các hợp
chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn
nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và
vi khuẩn lam.
Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các
chất thải của người và động vật, sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong
nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh
hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước.
+ Chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa
nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các
chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt.
*Các thông số vi sinh vật học
Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh
cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát

Lắng cát

Lắng trọng lực

Lắng cặn

Màng lọc

Lọc nhanh

Lắng
qua tầng
lắng cặn

Lắng trọng
lực truyền
thống kết
hợp tách
dầu

Lọc

Lọc
trọng
lực

Lọc cơ học

Lọc chậm



Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn, đồng nhất

Bể điều hòa

Điều hòa lưu lượng, BOD, SS

Khuấy trộn

Khuấy trộn chất khí và hóa chất với nước thải, giữ cho cặn
ở trạng thái lơ lửng

Lắng

Tách các cặn lắng và nén bùn

Lọc

Tách các hạt cặn còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học

Màng lọc

Tượng tự như lọc, tách tảo trong nước sau hồ ổn định

Vận chuyển khí

Bổ sung và tách khí

Bay hơi và bay khí


+ Phƣơng pháp khử trùng
Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải
nhằm loại bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả ra nguồn
nước. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các
bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan...Các biện pháp khử
trùng bao gồm: sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ.
+ Phƣơng pháp trung hòa
Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kềm về trạng thái
trung tính pH = 6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: Trộn
lẫn nước thải chứa acid và chứa kềm, bổ sung thêm tác nhân hoá học, lọc nước qua
lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp thụ khí chứa acid bằng nước thải chứa
kềm,…nước thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do
quá trình công nghệ có thể chứa acid hoặc bazơ có khả năng gây ăn mòn vật liệu,
phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây ra
các tác hại khác, do đó cần thực hiện quá trình trung hòa nước thải.
+ Phƣơng pháp đông tụ và keo tụ
Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ
(phèn), các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong
nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.Phương pháp đông tụ - keo tụ là


10

quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện
tượng lắng xảy ra.Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hạt keo phân tán có kích thước
1-100µm.
+ Phƣơng pháp ozon hoá
Đó là phương pháp hoá học có chứa các chất hữu cơ dạng hoà tan và dạng keo
bằng ozon. Ozon sẵn sàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ.
+ Phƣơng pháp điện hoá học

+ Trích ly
Tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng cách bổ sung một chất dung
môi không hoà tan vào nước, nhưng độ hoà tan của chất bẩn trong dung môi cao
hơn trong nước.
+ Hấp phụ
Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp thụ, phần lớn là chất hấp
phụ rắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hay động. Quá trình hấp phụ là một
quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất hấp thụ có thể bị giải hấp phụ và chuyển ngược
lại vào chất thải.
+ Chƣng bay hơi
Là chưng nước thải để các chất hoà tan trong đó cùng bay hơi lên theo hơi
nước. Khi ngưng tụ, hơi nước và chất bẩn dễ bay hơi dễ hình thành các lớp riêng
biệt và do đó dễ dàng tách các chất bẩn ra.
+Trao đổi ion
Là phương pháp thu hồi các Cation và Anion bằng các chất trao đổi ion. Các chất
trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu lọc nhân tạo. Chúng không hoà
tan trong nước và trong dung môi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion.
+ Tách bằng màng
Là phương pháp tách các chất tan khỏi các hạt keo bằng cách dùng các màng
bán thấm. Đó là các màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua.
* Phƣơng pháp xử lý sinh học
Phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để
phân hủy - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải. Vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như:
Cacbon, nitơ, phosphor, kali…vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào
cũng như tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trường và phát triển chính vì vậy
sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên. Công trình xử lý sinh học thường được


12



13

tan trong nước thải. Những vi sinh vật sẽ sử dụng oxy của không khí qua các khe
đất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khoáng.
Bao gồm: + Cánh đồng tưới
+ Cánh đồng lọc
+ Các công trình xử lý hiếu khí nhân tạo
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo có thể kể đến hai quá trình cơ
bản: Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng; quá trình xử lý sinh trưởng bám dính.
Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu khí như: Aeroten
bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật bám
dính), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay…
+ Các công trình xử lý sinh học kị khí nhân tạo (Anaerobic Descomposotion)
Phân hủy kị khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành các chất khí (CH 4 và
CO2) trong điều kiện không có oxy. Việc chuyển hóa các acid hữu cơ thành khí
mêtan sản sinh ra ít năng lượng. Năng lượng hữu cơ chuyển hóa thành khí vào
khoảng 80  90%. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH. Nhiệt độ
thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32  35 oC. Ưu điểm nổi bật của quá trình xử
lý kị khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hợn
nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí.
2.1.3 Tổng quan về bãi lọc ngầm trồng cây
2.1.3.1 Khái niệm
Hệ thống được thiết kế và xây dựng như một vùng đất ngập nước nhưng việc
xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và đặc biệt có thể quản lý được quá
trình vận hành ở mức độ đơn giản. Bãi lọc trồng cây là một thành phần trong hệ
thống các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay sau xử lý bậc hai.
2.1.3.2 Các loại bãi lọc và cấu tạo
* Bãi lọc trồng cây có dòng chảy bề mặt (surface flow wetland)


thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo nên
tiểu vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề
mặt tiếp giáp giữa đất và không khí (Trịnh Xuân Lai, 2000)[6].

Hình 2.2 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm
(Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2000)
Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang hay dòng chảy
thẳng đứng từ dưới lên, từ trên xuống.
* Hệ thống với dòng chảy ngang dƣới mặt đất (Horizontal subsurface flow - HSF)
Hệ thống này được gọi là dòng chảy ngang vì nước thải được đưa vào và chảy chậm
qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi
dòng chảy ra. Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt
động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí. Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu
rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt. Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự
phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh. Loại thực vật sử dụng phổ
biến trong các hệ thống HSF là cây sậy (Trịnh Xuân Lai, 2000)[6].


16

Hình 2.3 Sơ đồ bãi lọc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang
(Nguồn: Cooper, 1996)
* Hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF):
Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt, chảy xuống dưới
theo chiều thẳng đứng ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý để đưa ra ngoài.
Tuy nhiên, trên thực tế mô hình đất ngập nước nhân tạo được xây dựng theo hai hệ
thống: Bãi lọc trồng cây ngập nước (FWS); bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay
bãi lọc ngầm trồng cây, với dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng (SSF).
Cách thức phân chia các hệ thống khác nhau nhưng chúng hoạt động theo cùng một

đất, cát, sỏi…), tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt. Các cơ
chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của
các chất rắn có trong nước thải và các dạng vật liệu lọc được sử dụng (Nguyễn Đức
Lượng và CS, 2003)[7].
* Loại bỏ Nitơ
Nitơ được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế chủ yếu sau: Nitrat
hoá/khử nitơ, sự bay hơi của amoniăc(NH3), sự hấp thụ của thực vật.
Trong các bãi lọc, sự chuyển hoá của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hoá và
khử của bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên