Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU, VỀ ĐẦM SINH HỌC
BÁO CÁO ĐẦM SINH HỌC I.TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ: 1.Tổng quan: Đất ngập nước Việt Nam đa dạng phong phú kiểu loại phân bố rộng khắp vùng sinh thái, có giá trị vai trị to lớn phát triển kinh tế xã hội Phương pháp sử dụng đất ngập nước xử lý nước thải phương pháp có nhiều ưu điểm, đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam chi phí xây dựng vận hành thấp Các vùng đất ngập nước loại bỏ chất ô nhiễm từ nước thải chuyển chúng thành dạng vật chất ảnh hưởng tới sức khỏe người môi trường Sử dụng ĐNN tự nhiên để xử lý nước thải có hàm lượng BOD thấp Ngoài sử dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải trình xử lý thực liên tục điều kiện tự nhiên với giá thành rẻ chi phí xây dựng bảo quản thấp Do cần sử dụng rộng rãi sở sản xuất gây nhiễm Đồng thời áp dụng để nghiên cứu sâu hơn, mở rộng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải, đặc biệt loại nước thải có hàm lượng chất hữu cao nước thải nhà máy chế biến cà phê, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, sở giết mổ… - Xử lý, giữ lại chất cặn, chất độc, chất ô nhiễm: vùng đất ngập nước coi bể lọc tự nhiên, có tác dụng giữ lại chất lắng đọng chất độc( chất thải sinh hoạt công nghiệp) - Giữ lại chất dinh dưỡng làm nguồn phân bón cho trồng thức ăn sinh vật sống sinh thái - Cung cấp nước ngọt: Là nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt, tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc sản xuất công nghiệp 2.Định nghĩa: Đầm sinh học vùng ngập nước có nhiều chịu nước, chứa đựng nhiều lồi sinh vật có tiềm oxy hóa tiềm khử để phân hủy thành phần hữu vơ đưa vào hệ thống II.VỊ TRÍ – CHỨC NĂNG: 1.VỊ TRÍ: Đầm sinh học cơng trình hệ thống cơng trình xử lý nước thải sau bể lắng 2.CHỨC NĂNG: Xử lí hiệu chất thải có hàm lượng BOD, COD, Nitơ, Photpho Xử lí chất lắng đọng chất độc hại (chất thải sinh hoạt công nghiệp) Giữ lại chất dinh dưỡng làm phân bón cho trồng III.PHÂN LOẠI VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG: 1.PHÂN LOẠI: Các mơ hình ĐNN nhân tạo Các mơ hình ĐNN nhân tạo ứng dụng xử lý nước thiết kế theo hệ thống dòng chảy nước Được chia theo hệ thống sau: Các hệ thống dòng chảy ngang mặt đất (Horizontal subsurface flow). Các hệ thống chảy bề mặt (Free water surface - FWS) Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF) 1.2.1 Các hệ thống chảy bề mặt (Free water surface - FWS) : Những hệ thống thường lưu vực chứa nước kênh dẫn nước, với lớp lót bên để ngăn rò rỉ nước, đất lớp lọc thích hợp khác hỗ trợ cho thực vật nổi. Hình 1.1 Mơ hình Free water surface – FWS Lớp nước nơng, tốc độ dịng chảy chậm, có mặt thân định dịng chảy đặc biệt mương dài hẹp, bảo đảm điều kiện dòng chảy nhỏ (Reed cộng sự, 1998).[5] 1.2.2 Các hệ thống với dòng chảy ngang mặt đất (Horizontal subsurface flow HSF) : Hệ thống gọi dịng chảy ngang nước thải đưa vào chảy chậm qua tầng lọc xốp bề mặt đường ngang tới nơi dịng chảy Trong suốt thời gian này, nước thải tiếp xúc với mạng lưới hoạt động đới hiếu khí, khí kị khí Các đới hiếu khí xung quanh rễ bầu rễ, nơi lọc O2 vào bề mặt Khi nước thải chảy qua đới rễ, làm phân hủy sinh học vi sinh vật q trình hóa sinh Loại thực vật sử dụng phổ biến hệ thống HSF sậy 1.2.3 Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow VSF): Nước thải đưa vào hệ thống qua ống dẫn bề mặt Nước chảy xuống theo chiều thẳng đứng Ở gần đáy có ống thu nước đă xử lý để đưa Các hệ thống VSF thường xuyên sử dụng để xử lý lần hai cho nước thải qua xử lần Thực nghiệm đă phụ thuộc vào xử sơ bể lắng, xử lý sinh học Tuy nhiên, thực tế mơ hình ĐNN nhân tạo xây dựng theo hai hệ thống: Bãi lọc trồng ngập nước (FWS); Bãi lọc trồng dòng chảy ngầm hay Bãi lọc ngầm trồng cây, với dòng chảy ngang hay dòng chảy thẳng đứng (SSF) 2.CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG: Khi lọc nước thải qua đất chất lơ lững keo bị giữ lại lớp cùng.Những chất tạo gồm vơ số vi sinh vật có khả hấp phụ oxy hóa chất hữu có nước thải • Ở lớp đất (dày từ 0,2 đến 0,5m) chế độ oxy thuận lợi vi khuẩn sử dụng để oxy hóa chất hữu • Trong trường hợp cịn dư oxy, vi khuẩn nitrit nitrát hóa chuyển hóa nitơ amơn thành nitơ nitrit nitơ nitrat • Càng sâu xuống lượng oxy tự giảm diễn q trình khử nitrat điều kiện yếm khí để cung cấp oxy cho việc phân hủy chất hữu cịn lại • Khi nước thải lọc qua đất, lượng lớn photpho hấp thụ Hiệu khử nitơ photpho đất cao, • Phần lớn loại vi khuẩn gây bệnh giữ lại tiêu diệt đất • Giữ lại số kim loại nặng đất 3.CÁC Q TRÌNH XỬ LÍ TRONG ĐẦM SINH HỌC: Xử lí chất hữu có khả phân hủy sinh học Loại bỏ chất rắn Khử nitơ Khử photpho Xử lí kim loại nặng Xử lí vi khuẩn 3.1 QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CÁC CHẤT HỮU CƠ CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC : Loại bỏ Vai trò thực vật bãi lọc: - Cung cấp môi trường cho vi sinh vật thực trình phân hủy sinh học - Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho trình phân hủy sinh học rễ Cung cấp mơi trường thích hợp cho vi sinh vật thực trình phân Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho trình phân hủy sinh học hủy sinh học cư trú.Q trình xử lí chất hữu có khả phân hủy sinh học Trong bãi lọc, phân hủy sinh học đóng vai trị lớn việc loại bỏ chất hữu dạng hòa tan hay dạng keo có khả phân hủy sinh học (BOD) nước thải BOD lại chất rắn lắng bị loại bỏ nhờ trình lắng Phân hủy sinh học xảy chất hữu hòa tan mang vào lớp màng vi sinh bám phần thân ngập nước thực vật, hệ thống rễ phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ q trình khuyếch tán 3.2 Q TRÌNH TÁCH CÁC CHẤT RẮN : Loại bỏ Các chất rắn lắng loại bỏ dễ dàng nhờ chế lắng trọng lực, hệ thống có thời gian lưu nước dài Chất rắn khơng lắng được, chất keo loại bỏ thông qua chế lọc Các chế xử lí hệ thống phụ thuộc nhiều vào kích thước tính chất chất rắn có nước thải dạng vật liệu lọc sử dụng Thực vật bãi lọc khơng đóng vai trị đáng kể loại bỏ chất rắn 3.3 Q trình khử Nitơ Sự chuyển hóa nitơ xảy tầng oxy hóa khử bề mặt tiếp xúc rễ đất, phần ngập nước thực vật có thân nhơ lên mặt đất N2 loại bỏ bãi lọc nhờ chế sau: Sự bay NH3 Sự hấp thụ thực vật khử nitrat Trong bãi lọc, chuyển hóa N2 xảy tầng oxi hóa khử đất, bề mặt tiếp xúc rễ đất, phần ngập nước thực vật có thân nhơ lên mặt đất N2 loại bỏ bãi lọc nhờ chế sau Sự bay NH3 Nitrat háo/ khử nitrat - Trong bãi lọc, chuyển hóa nitơ xẩy tầng oxy hóa khử bề mặt tiếp xúc rễ đất, phần ngập nước thực vật có thân nhơ lên khỏi mặt nước Nitơ hữu bị oxy hóa thành NH4+ hai lớp đất oxy hóa ĐACN I Ứng dụng đất ngập nước nhân tạo xử lý nước thải Sự hấp thụ thực vật 3.4.QUÁ TRÌNH KHỬ PHOSPHO: Q trình khử Phospho Vai trị thực vật việc loại bỏ P vấn đề tranh cãi dù chế đưa hẳn P khỏi hệ thống bãi lọc Các qúa trình hấp phụ, kết tủa lắng đưa P vào đất hay vật liệu lọc Khi lượng P lớp vật liệu vượt khả chứa phần vật liệu hay lớp trầm tích phải nạo vét xả bỏ Cơ chế loại bỏ P bãi lọc gồm có: Sự hấp thụ thực vật Các trình đồng hóa vi khuẩn Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc chất hữu Kết tủa lắng ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+ 3.5.QUÁ TRÌNH KHỬ KIM LOẠI NẶNG: Q trình xử lí kim loại nặng : Các lồi thực vật khác có khả hấp thu kim loại mạnh khác Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy ảnh hưởng gián tiếp đến loại bỏ tích trữ kim loại nặng chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, chế hóa học lớp trầm tích hoạt động vi sinh vật Các vật liệu lọc nơi tích tụ chủ yếu kim loại nặng Các chế loại bỏ chúng gồm có: o Kết tủa lắng dạng hydroxit không tan vùng hiếu khí, dạng sunfit kim loại vùng kị khí lớp vật liệu o Hấp phụ lên kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan vùng hiếu khí o Kết hợp lẫn thực vật đất - Hấp phụ vào rễ, thân thực vật bãi lọc trồng 3.6.Quá trình xử lý vi khuẩn: Các hợp chất hữu loại bỏ hệ thống chủ yếu nhờ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn nấm) hấp phụ thực vật Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ chất hữu nhờ trình bay hàm số phụ thuộc trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm áp suất riêng phần hai pha khí nước Các chất bẩn hữu cịn loại bỏ nhờ q trình hút bám vật lí lên bề mặt chất lắng sau q trình lắng Q trình thường xảy phần đầu bãi lọc Các chất hữu bị thực vật hấp thụ (Polprasert Dan, 1994), nhiên chế chưa hiểu rõ phụ thuộc nhiều vào loại thực vật trồng, đặc tính chất bẩn 4.Ưu nhược điểm: Ưu điểm đầm sinh học: + Chi phí cho xử lý bắng thực vật thủy sinh thấp + Q trình cơng nghệ khơng đồi hỏi kỹ thuật phức tạp + Hiệu xử lý ổn định loại nước ô nhiễm thấp + Sinh khối tạo sau trình xử lý ứng dụng vào nhiều mục đích khác như: - Làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ cõi, đay, lục bình - Làm thực phẩm cho người củ sen, củ súng - Làm thực phẩm gia súc bèo - Làm phân xanh nông nghiệp + Bộ rễ thân ngập nước, trôi coi giá thể tốt cho vi sinh vật nhờ vân chuyển trơi đưa vi sinh vật di chuyển từ vị trí đến vị trí khác đất nhiễm, làm tăng khả chuyển hóa vật chất có nước + Sử dụng thực vất thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm nhiều trường hợp không cần cung cấp lượng + Nguồn nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn cho phép hồn tồn an tồn cho mục đích sử dụng khác sử dụng cho cơng trình thủy lợi, rửa ráy, vệ sinh… + Lợi ích kinh tế bắt nguồn từ nuôi trồng cá, sản xuất sinh khối, phân bón, tiềm Giáo dục giải trí (thực hành nghiên cứu khoa học, câu cá, săn bắn lồi chim nước) + Giúp địa phương cụm cơng nghiệp giải vấn đề nước thải vượt ngưỡng cho phép + Tạo thêm nhiều khu vực xanh cho vùng công nghiệp lân cận + Là nơi trữ tiếp nhận nước mưa chẩy tràn trường hợp lượng nước mưa tăng đột biến Nhược điểm việc ứng dụng đầm sinh học xử lí nước thải: + Diện tích cần dùng để xử lý nước cần phải lớn Điều khó khăn khu vực thị + Trong trường hợp khơng có thực vật thủy sinh, loại thực vật nơi bám nên chúng dễ trơi theo dịng nước bị lắng xuống đáy Các mơ hình ĐNN nhân tạo ứng dụng xử lý nước thiết kế theohệ thống dòng chảy nước Được chia theo hệ thống sau: Các hệ thống chảy bề mặt (Free water surface - FWS) Các hệ thống dòng chảy ngang mặt đất (Horizontal subsurface flow) Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF) TÍNH TỐN THIẾT KẾ - Thời gian lưu nước biểu diễn là: t = LWD ÷ Q L : chiều dài hệ thống W : chiều rộng d : độ sâu Q : tốc độ dịng chảy trung bình = ( tốc độ dịng chảy + tốc độ dịng chảy ngồi)/2 Phương trình đại diện cho thời gian lưu nước cho hệ thống lưu lượng không hạn chế - Trong vùng đất ngập nước, phần khối lượng có sẵn thay thảm thực vật, thực tế thời gian lưu nước phụ thuộc vào độ xốp (n) n = VV ÷ V VV V khối lượng khoảng trống tổng số khối lượng tương ứng - Diện tích bề mặt hệ thống tính theo cơng thức: AS = [Q (lnCo - lnCe)] ÷ (KTdn) Co: giá trị BOD5 nước thải đầu vào Ce: giá trị BOD5 nước thải đầu KT: : số tốc độ phản ứng sinh học bậc một, ngày-1 dao động từ 0,05÷ Ở điều kiện 20ºC KT thường chọn 0,3 d: độ sâu ngập nước n : độ xốp đất đầm sinh học - Diện tích mặt cắt ngang vng góc với hướng dòng chảy: AC = Q/(KS.S) Ks: độ thấm lớp vật liệu lọc S: độ dốc thuỷ lực nước bề mặt, tính theo: v: Vận tốc trung bình dịng chảy (m/s) n : Hệ số nhám Manning (s/m1/3) H : Độ sâu trung bình dịng chảy (m) S : Độ dốc thủy lực độ nghiêng nước bề mặt - Chiều rộng hệ thống tính theo cơng thức: W = AC ÷ d - Xác định chiều dài hệ thống L = AS ÷ W - Theo bảng tính tốn cho hệ thống lớp bề mặt Ta chọn loại Coarse Sand (cát thô) nên n = 0.39; KS = 480 ; K20 = 1.35 - Đối với thiết kế đầm sinh học nên chọn độ dốc phần trăm để dễ dàng xây dựng (S = 0,01) - Để đảm bảo khả xử lý đầm trì tốc độ dòng chảy cần kiểm tra K SS < 8.6 KSS = (480) x (0.01) = 4.8 < 8.6 - KT: số tốc độ phản ứng sinh học bậc một, điều kiện 20ºC KT thường chọn 0,3 - Xác định diện tích mặt cắt ngang đầm: AC = = = 714 m2 - Chiều rộng hệ thống W = = = 1190 m - Xác định diện tích bề mặt AS = = = 81719.62 m2 = 8.17 - Xác định chiều dài hệ thống L = = = 68.67 m - Thời gian lưu nước hệ thống t = = = 4.29 (ngày) ... vi sinh vật thực trình phân Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho trình phân hủy sinh học hủy sinh học cư trú.Quá trình xử lí chất hữu có khả phân hủy sinh học Trong bãi lọc, phân hủy sinh. .. PHÂN HUỶ SINH HỌC : Loại bỏ Vai trò thực vật bãi lọc: - Cung cấp mơi trường cho vi sinh vật thực q trình phân hủy sinh học - Vận chuyển oxy vào vùng rễ để cung cấp cho trình phân hủy sinh học rễ... nghĩa: Đầm sinh học vùng ngập nước có nhiều chịu nước, chứa đựng nhiều lồi sinh vật có tiềm oxy hóa tiềm khử để phân hủy thành phần hữu vơ đưa vào hệ thống II.VỊ TRÍ – CHỨC NĂNG: 1.VỊ TRÍ: Đầm sinh