i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI PHÂN TÁN BẰNG CƠNG NGHỆ HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY CHO CÁC ĐÔ THỊ VÀ KHU DÂN CƢ TỈNH THÁI NGUYÊN” MÃ SỐ: ĐH2014-TN02-01 ThS Vi Thị Mai Hƣơng Thái Nguyên, 3/2017 i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI PHÂN TÁN BẰNG CÔNG NGHỆ HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY CHO CÁC ĐÔ THỊ VÀ KHU DÂN CƢ TỈNH THÁI NGUYÊN” MÃ SỐ: ĐH2014-TN02-01 Xác nhận tổ chức chủ trì KT HIỆU TRƢỞNG PHĨ HIỆU TRƢỞNG PGS.TS.Vũ Ngọc Pi Thái Nguyên, 3/2017 Chủ nhiệm đề tài ii DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị ThS Vi Thị Mai Hương Khoa Xây dựng & Môi trường- Đại học Kỹ thuật Công nghiệp PGS.TS.Trần Đức Hạ ThS Nguyễn Việt Anh Viện Khoa học Kỹ thuật môi trường, trường Đại học Xây dựng ThS Hoàng Lê Phương Khoa Xây dựng & Môi trường- Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Viện Nghiên cứu Cấp nước Mơi trường (IWASSE) ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Nội dung phối hợp nƣớc nghiên cứu Tên ngƣời đại diện Viện Khoa học Kỹ thuật môi trường, trường Đại học Xây dựng Phân tích mẫu PGS.TS Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG MỞ ĐẦU…………………………………………………… …………………… i Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ………………………… ………… …………… 1.1 Đặc điểm thành phần, tính chất lưu lượng nước thải sinh hoạt 1.2 Hiện trạng thu gom XLNT sinh hoạt đô thị Việt Nam 10 1.3 Hiện trạng thu gom XLNT sinh hoạt đô thị khu dân cư tỉnh Thái Nguyên 13 1.4 Tổng quan ứng dụng công nghệ HSH XLNT giới Việt Nam .15 1.4.1 Khái niệm HSH 15 1.4.2 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt HSH 16 1.4.3 Ưu điểm, nhược điểm HSH .21 1.4.4 Ứng dụng công nghệ HSH XLNT sinh hoạt giới Việt Nam 22 1.5 Tổng quan ứng dụng công nghệ BLTC XLNT giới Việt Nam .24 1.5.1 Khái niệm BLTC .24 1.5.2 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt BLTC 25 1.5.3 Ưu điểm, nhược điểm BLTC 27 1.5.4 Ứng dụng công nghệ BLTC XLNT giới Việt Nam 28 1.6 Tổng quan ứng dụng công nghệ kết hợp HSH BLTC XLNT sinh hoạt giới Việt Nam .32 iv CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT KHU DÂN CƢ BẰNG CÔNG NGHỆ KẾT HỢP HỒ SINH HỌC VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY…………………….………… 40 2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu .40 2.2 Thiết kế mơ hình thí nghiệm 43 2.3 Tính tốn thiết kế mơ hình thí nghiệm 44 2.4 Xây dựng mơ hình thí nghiệm .54 2.5 Vận hành mơ hình thí nghiệm 54 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN…… ……… …57 3.1 Kết theo dõi thay đổi pH nước thải qua cơng trình mơ hình thí nghiệm .57 3.2 Hiệu xử lý chất hữu dễ phân hủy mơ hình thí nghiệm 59 3.3 Hiệu xử lý chất rắn lơ lửng mơ hình thí nghiệm 63 3.4 Hiệu xử lý hợp chất nitơ mơ hình thí nghiệm 66 3.5 Hiệu xử lý PO43- mơ hình thí nghiệm .71 3.6 Hiệu xử lý Coliform mơ hình thí nghiệm 73 3.7 Kết theo dõi phát triển trồng BLTC 76 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………….…… 81 4.1 Kết luận 81 4.2 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tải trọng chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt ……………5 Bảng 1.2 Thành phần đặc trưng nước thải sinh hoạt ………………………… Bảng 1.3 Thành phần tích chất nước xám nước đen ……………………………8 Bảng 1.4 Một số chủng loại vi sinh vật nước thải sinh hoạt………………….9 Bảng 1.5 Nồng độ số mầm bệnh thường có phân……………………….9 Bảng 2.1 Đặc trưng nước thải sinh hoạt phường Bách Quang…………… 42 Bảng 2.2 Kết tính tốn mơ hình thí nghiệm………………… ………………53 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết phân tích thơng số pH mẫu nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm……………………………57 Bảng 3.2 Tổng hợp kết phân tích thơng số COD, BOD nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm……………………………… 59 Bảng 3.3 Kết phân tích hàm lượng TSS mẫu nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm………………………………………………63 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết phân tích thơng số TN, NH4+ NO3- mẫu nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm……………66 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết phân tích thông số PO43- mẫu nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm……………………….71 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp kết phân tích thông số Coliform mẫu nước thải vào cơng trình mơ hình thí nghiệm……………………….73 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ chế xử lý chất ô nhiễm hồ sinh học……….………16 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải DEWATS …………………………… 34 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải công nghệ bãi lọc trồng kết hợp hồ sinh học tái sử dụng cho nông nghiệp Thôn Đào Xá-Phong Khê- Bắc Ninh……………………………………………………………………………… 37 Hình 1.4 Nhà máy xử lý nước thải thị trấn Me……………………………………38 Hình 2.1 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp hồ sinh học với bãi lọc trồng cây……………………………………………………………………… 43 Hình 2.2 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp bãi lọc bãi lọc trồng với hồ sinh học ……………………………………………………………… 43 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí mặt mơ hình thí nghiệm……………………… …….53 Hình 2.4 Vật liệu lọc sử dụng mơ hình thí nghiệm…………………….… 54 Hình 2.5 Cây dong giềng trước trồng vào bãi lọc……………………… 54 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý BOD5 trung bình cơng trình mơ hình thí nghiệm …………………………………………………………….….60 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hiệu xử lý SS trung bình qua cơng trình mơ hình thí nghiệm………………………………………………………………… 64 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn hiệu xử lý TN, NH4+, NO3- trung bình qua cơng trình mơ hình thí nghiệm………………………………………………………67 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hiệu xử lý PO43- trung bình qua cơng trình mơ hình thí nghiệm……………………………………………………………… 72 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn hiệu xử lý Coliform trung bình qua cơng trình mơ hình thí nghiệm…………………………………………………………….74 Hình 3.6 Sinh khối thu hoạch theo thời gian bãi lọc trồng thời gian nghiên cứu………………………………………………………………………….77 Hình 3.7 Sinh khối trung bình/cây theo thời gian thu hoạch bãi lọc trồng thời gian nghiên cứu………………………………………………… 77 Hình 3.8 Chiều cao trung bình/cây theo thời gian thu hoạch bãi lọc trồng thời gian nghiên cứu…………………………………………………………78 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BLTC: Bãi lọc trồng BOD: Nhu cầu ô xi hóa sinh hóa (Biochemical oxygen demand) BORDA: Hiệp hội Nghiên cứu phát triển Bremen – Cơng hồ Liên bang Đức (Bremen Overseas Reasearch and Development Association) COD: Nhu cầu xi hóa hóa học (Chemical oxygen demand) DEWATS: hệ thống xử lý nước thải phân tán (Decentralized Wastewater Treatment Systems) FWS: Bãi lọc trồng ngập nước (free water surface constructed wetlands) HF: Bãi lọc ngầm trồng dòng chảy ngang (Horizontal sub-surface flow constructed wetland) HSH: Hồ sinh học ISO: Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (International Organization for Standardization) MPN: Most probable number QCVN: Quy chuẩn Việt Nam SSF: Bãi lọc ngầm trồng (sub-surface flow constructed wetland) TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TN Tổng Nitơ VF: Bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface Flow Constructed wetland) XLNT: Xử lý nước thải viii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Đơn vị: TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung - Tên đề tài: “Nghiên cứu đề xuất mơ hình xử lý nƣớc thải phân tán công nghệ hồ sinh học bãi lọc trồng cho đô thị khu dân cƣ tỉnh Thái Nguyên” - Mã số: ĐH2014-TN02-01 - Chủ nhiệm đề tài: ThS Vi Thị Mai Hương - Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp - Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 12 năm 2015 Mục tiêu Đề xuất mơ hình xử lý nước thải phân tán cơng nghệ hồ sinh học bãi lọc trồng thích hợp cho xử lý nước thải sinh hoạt thị khu dân cư tỉnh Thái Ngun, góp phần xử lý nước thải sinh hoạt đạt tiêu chuẩn môi trường trước xả vào nguồn nước tiếp nhận Tính sáng tạo Đề tài đề xuất mơ hình cơng nghệ kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng quy mô pilot điều kiện tự nhiên để xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu cao, nước thải sau xử lý đạt theo giá trị giới hạn cột A QCVN 14:2008 phép thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt Kết nghiên cứu Đề tài đề xuất đánh giá khả XLNT sinh hoạt khu dân cư tỉnh Thái Ngun hai mơ hình cơng nghệ kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng quy mô pilot điều kiện tự nhiên Nước thải sau xử lý có giá trị trung bình thơng số thấp so với giá trị giới hạn tương ứng cột A QCVN 14:2008 phép thải vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích sinh hoạt ix Mơ hình 1: Nước thải sinh hoạt  xử lý sơ  Hồ tùy tiện Bãi lọc trồng ngập nước Giá trị trung bình thơng số BOD5, SS, TN, NH4+, NO3-, PO43- Coliform nước thải sau xử lý 8,43 mg/l; 4,46 mg/l; mg/l; 0,81 mg/l; 1,35 mg/l; 0,116 mg/l; 1750 MPN/100 ml, với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng đạt 89,90%; 93,65%; 94,23%; 96,56%; 46,43%, 67,13% 98,10% Mơ hình 2: Nước thải sinh hoạt  xử lý sơ  Bãi lọc ngầm trồng dịng chảy ngang  Hồ hiếu khí Giá trị trung bình thơng số BOD5, SS, TN, NH4+, NO3-, PO43- Coliform nước thải sau xử lý 19,24 mg/l; 15,42 mg/l; 5,25 mg/l; 0,40 mg/l; 2,71 mg/l; 0,122 mg/l 2125 MPN/100 ml với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng đạt 87,72%; 78,04%; 91,35%; 98,28%; -7,79%; 65,54% 79,69% Sản phẩm 5.1 Sản phẩm khoa học 1.Vi Thị Mai Hương, Trần Đức Hạ (2015), “Công nghệ kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng để xử lý nước thải sinh hoạt”, Tạp chí Mơi trường Đơ thị Việt Nam, 1+2 (96+97), tr 53-57 Vi Thị Mai Hương, Vũ Thị Thao, Nguyễn Thị Hường, Nguyễn Vân Anh (2016), “Nghiên cứu khả xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp mô hình cơng nghệ kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng cây”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, 154 (09), tr 91-96 5.2 Sản phẩm đào tạo 1.Vũ Thị Thao, Nguyễn Thị Hường, Nguyễn Vân Anh (2016), Nghiên cứu thiết kế mơ hình xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng cây, Đề tài NCKH sinh viên, Mã số: SV2014-23, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Vũ Thị Thao (2016), Đánh giá vai trò thủy trúc xử lý chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt mơ hình kết hợp hồ sinh học bãi lọc trồng cây, Đồ án tốt nghiệp sinh viên, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Vi Thị Mai Hương (2016), Cơ sở khoa học thực tiễn cơng nghệ tích hợp bãi lọc trồng hồ sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư ven đô, Chuyên đề tiến sĩ số 1, Trường Đại học Xây dựng ... Mục tiêu Đề xuất mô hình xử lý nước thải phân tán cơng nghệ hồ sinh học bãi lọc trồng thích hợp cho xử lý nước thải sinh hoạt đô thị khu dân cư tỉnh Thái Nguyên, góp phần xử lý nước thải sinh hoạt... nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp hồ sinh học với bãi lọc trồng cây? ??…………………………………………………………………… 43 Hình 2.2 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư kết hợp bãi lọc bãi lọc trồng với hồ sinh. .. HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI PHÂN TÁN BẰNG CƠNG NGHỆ HỒ SINH HỌC VÀ