- HIỆU SUẤT XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO NỀN CÁT VẬN. - Bài viết này mô tả tầm quan trọng của việc sử dụng hệ thống bãi lọc trồng sậy qui mô nhỏ trong việc xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, Việt Nam, với kết quả là nước thải đầu ra của hệ thống có chất lượng tốt. - Hệ thống đất ngập nước kiến tạo nền cát trồng Sậy có dòng chảy ngầm ngang (HSSF CWs) được xây dựng tại khu 1, Đại học Cần Thơ. - Hệ thống được vận hành với hai mức tải nạp thủy lực (HLRs) là 31 và 62 mm/ngày. - Khả năng xử lý TSS, lân hòa tan (PO 4 -P) và lân tổng (TP) là rất hiệu quả và không đổi cho cả hai mức HLRs với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng khoảng 94, 99 và 99%, trong khi đó hiệu suất xử lý nhu cầu oxy sinh học (BOD 5. - Kết quả cho thấy bằng cách sử dụng HSSF CWs trong việc xử lý nước thải sinh hoạt là phương pháp khả thi. - Chất lượng nước thải đầu ra của hệ thống ở mức HLR cao 62 mm/ngày (tương đương 1200 L/ngày) đạt tiêu chuẩn Việt Nam cho phép xả thải vào nguồn nước mặt.. - Từ khóa: đất ngập nước kiến tạo, dòng chảy ngầm theo phương ngang, hiệu suất xử lý, mức tải nạp thủy lực, cây Sậy, nước thải sinh hoạt. - Thành phố Cần Thơ (TPCT), nơi tập trung dân cư cũng như các hoạt động dịch vụ, thương mại lớn của các tỉnh thành vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), do đó nhu cầu sử dụng nước và lượng nước thải hằng ngày cũng là một điều đáng lo ngại (Nguyễn Thị Phương Loan &. - Nhu cầu cấp nước sạch đô thị ở TPCT ước tính là 150 và 165 lít/người/ngày tương ứng cho năm 2010 và 2020, trong đó tỷ lệ nước thải ước tính là 80% lượng nước cấp, vậy lượng nước thải sinh hoạt ước tính là 120 và 132 lít/người/ngày tương ứng cho năm 2010 và 2020 (Công ty cấp thoát nước Cần Thơ, 2007). - Hiện tại TPCT đang đối mặt với rất nhiều vấn đề môi trường vì hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hiện trạng không phù hợp, đặc điệt khu vực trung tâm có mật độ dân cư cao. - Do đó đô thị hóa bừa bãi và nhanh chóng sẽ gây sức ép rất lớn đối với môi trường đô thị đặc biệt chất lượng nước. - Bài báo này mô tả khả năng xử lý của hệ thống đất ngập nước (ĐNN) quy mô nhỏ trồng Sậy trong việc xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung ở ĐBSCL với lưu lượng tải nạp cao hơn mức tải nạp truyền thống.. - Việc xử lý nước ô nhiễm bằng hệ thống ĐNN kiến tạo có dòng chảy ngầm ngang (HSF CWs) hiện đang được chấp nhận như là một công nghệ có thể được sử dụng để xử lý nhiều loại nước thải ở các nước nhiệt đới (Trang et al., 2003. - Tuan et al., 2005. - Brix et al., 2007). - Hệ thống ĐNN được biết đến với nhiều lợi thế hơn các hệ thống xử lý truyền thống khác như: chi phí xây dựng và bảo trì thấp, vận hành dễ dàng và hiệu suất cao, có thể chịu đựng khoảng biến động cao nồng độ chất ô nhiễm và lưu lượng tải nạp nước lớn (Trang, 2009. - Konnerup et al., 2011). - Tuy nhiên diện tích đất cần để thiết kế một hệ thống ĐNN hiệu quả là rất lớn, đây cũng chính là trở ngại khi lựa chọn biện pháp xử lý nước thải bằng ĐNN, đặc biệt ở những nơi giá đất tăng cao.. - Cùng góp phần vào tham gia nghiên cứu và tiến hành ứng dụng thực tiễn các biện pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, cụ thể là xử lý nước thải sinh hoạt bằng ĐNN kiến tạo. - Hệ thống được thiết kế hoàn thành năm 2002 dưới sự tài trợ của dự án VLIR – A2, và được thực hiện nghiên cứu với một lưu lượng nước thải đầu vào là 600L/ngày. - Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm với tải lượng này trong 3 năm đều cao, và chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép xả thải cột A, TCVN Tuan et al., 2005). - Tuy nhiên, tác giả đã kiến nghị rằng thực tế hệ thống có thể chịu được lưu lượng nước thải đầu vào cao hơn do tính toán ban đầu hệ thống này có thể tải nạp lưu lượng lý thuyết khoảng 9600 L/ngày. - Do đó đề tài này được thực hiện nhằm đánh giá hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống với lưu lượng nạp vào cao hơn thông qua chất lượng nước thải đầu ra so với tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT (thay thế cho TCVN Loại A: cho phép thải vào nguồn tiếp nhận là nguồn nước dùng cho mục đích sinh hoạt. - Từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống ĐNN khi áp dụng ở diện rộng hơn hay cho những nghiên cứu tiếp theo trên cùng hệ thống.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mô tả hệ thống. - Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo phương ngang (HSSF) được thiết kế phục vụ nghiên cứu tốc độ dòng chảy trong hệ thống do Dự án VLIR – A2 tài trợ. - Hệ thống bao gồm các bể liên tiếp: (1) bể vào (bể điều lưu) (2,0m x 1,6m x 2,2m: dài x rộng x cao) chứa nước thải đầu vào được bơm vào từ thùng nhựa thu gom 500L từ các hộ gia đình, bơm qua 1 tấm lưới lọc rác. - (2) bể lọc than đước (0,6m x 1,6m x 1,3m) để lọc giữ lại các chất rắn, khử mùi, một số chất ô nhiễm và vi sinh có trong nước thải. - (3) bể lọc xơ dừa (0,4m x 1,6m x 1,05m) được ngăn cách với bể xử lý phía sau bằng một lưới thép, trong bể có kẹp xơ dừa để ngăn cát tràn ngược về phía trước và ngăn không cho các mảnh vụn của than cũng như các mảnh vụn hữu cơ có kích thước lớn đi vào bể xử lý. - (25 cây/m 2 ) là phần chính của hệ thống có kích thước dài x rộng (12,0m x 1,6m) và chiều cao ở đầu khu đất là 1,75m, chiều cao ở cuối khu đất là 2m, đáy bể được đặt nghiêng hướng bể đầu ra với độ dốc i = 1%. - Đầu ra đặt ở cuối hệ thống với 2 vòi chảy tràn đặt cách đáy hệ thống 1,3m. - Ngoài ra, có một vòi xả đặt cách đáy hệ thống là 0,6m để lấy mẫu nước ra và một van xả đáy (Hình 1).. - 2.2 Vận hành hệ thống. - Hai lưu lượng đã được áp dụng là 0,6 và 1,2 m 3 /ngày tương ứng với mức tải nạp thủy lực (HLR) là 31 và 62 mm/ngày. - Mức tải nảp thủy lực thấp (31 mm/ngày) sẽ được vận hành đầu tiên, nước thải được bơm vào bể điều lưu. - Lượng nước thải được chia làm 2 lần bơm sáng và chiều. - Trong bể điều lưu có lắp một dây thước, mỗi lần bơm nước thải vào, van ở bể điều lưu được khóa lại, và bơm một thể tích nước có chiều cao 11cm đối với nghiệm thức 600L, và 22 cm với nghiệm thức 1200L (trong suốt bài viết sẽ sử dụng NT 600L và NT 1200L). - Khi đủ lượng thì mở van cho nước chảy vào hệ thống. - Hệ thống được vận hành liên tục 15 ngày cho mỗi lưu lượng nhằm ổn định hệ thống trước khi thu mẫu. - 2.3 Vị trí thu mẫu và các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước. - Việc thu mẫu nước được thực hiện tại 3 điểm đầu vào (WL1), đầu bể cát (WL2) và bể đầu ra (WL3), tương ứng với khoảng cách từ điểm đầu vào (0) là 2,9 và 10,9 m (Hình 1). - học Môi Trường – Khoa Môi trường – Đại học Cần Thơ theo các phương pháp trong quy trình tiêu chuẩn đánh giá nước và nước thải (APHA et al., 1998).. - 2.4 Hiệu suất xử lý. - Hiệu suất xử lý. - 2.5 Phân tích và xử lý số liệu. - Tất cả số liệu chất lượng nước được thu thập và tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn cho từng nghiệm thức bằng phần mềm Excel. - So sánh trung bình hiệu suất giữa 2 nghiệm thức theo phương pháp Kiểm định T-test bằng phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XV (StatPoint, Inc., USA).. - Nước thải đầu vào của hệ thống xử lý có nồng độ các chất tương ứng tính chất đặc thù với nước thải sinh hoạt thành phố, tuy nhiên TSS, BOD và COD có nồng độ thấp hơn (Bayley et al., 2003). - Giá trị pH qua các điểm thu mẫu của hai NT có xu hướng giảm dần ở đầu ra và nằm trong khoảng 7,0-7,7 (đối với NT 600L) và 7,1-7,8 (đối với NT 1200L). - Các giá trị pH vẫn nằm trong khoảng cho phép của QCVN 24:2009 cho nước thải loại A (Bảng 1). - Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong điều kiện hiếm khí trong hệ thống chảy ngầm theo phương ngang là những acid hữu cơ, đồng thời quá trình nitrate hóa xảy ra trong hệ thống thông qua nồng độ NH 4 -N giảm trong nước thải đầu ra (Hình 2e) là những nguyên nhân làm cho giá trị pH trong nước thải đầu ra thấp hơn so với đầu vào (Vymazal et al., 1998).. - Nhiệt độ trong nước ở NT 1200L thấp hơn (p<0,05) so với NT 600L (Bảng 1), do thời điểm thu mẫu ở NT 1200L, thời tiết tương đối lạnh hơn (tháng 01) so với nhiệt độ ở thời điểm nghiệm thức 600L (tháng 11) nên ảnh hưởng đến nhiệt độ của mẫu nước. - Nồng độ oxy hòa tan (DO) có xu hướng giảm ở điểm thu mẫu WL2 trong bể cát trồng Sậy so với trong nước đầu vào và tăng dần ở nước đầu ra (Bảng 1).. - (Nồng độ đầu vào – Nồng độ đầu ra). - x 100 Nồng độ đầu vào. - Ống đầu ra phủ lưới thép và đá. - Đầu ra. - Vị trí thu mẫu. - Đầu vào. - Hình 1: Hệ thống đất ngập nước kiến tạo (vẽ lại từ Tuan et al., 2005). - Bảng 1: Giá trị trung bình (sai số chuẩn, n=5) một số thông số trong nước ở các vị trí thu mẫu WL1, WL2, và WL3 cho nghiệm thức 600 và 1200 L.. - Đối với độ dẫn điện (EC), các muối hòa tan có thể bị giữ lại bằng cơ chế hấp phụ bề mặt, hoặc do cây và vi sinh vật hấp thu làm cho EC giảm trong nước thải đầu ra ở cả 2 NT. - Riêng ở nghiệm thức 1200L, trước khi tiến hành thu mẫu nước đã đổ muối vào hệ thống để nghiên cứu vận tốc dòng chảy, do đó độ dẫn điện cao hơn so với nghiệm thức 600L (p<0,05). - Nồng độ TSS trong nước thải đầu vào nằm dưới ngưỡng cho phép xả thải (QCVN 24:2009, loại A: 50 mg/L), và không có sự khác biệt (p>0,05) về nồng độ lẫn hiệu suất xử lý TSS. - Theo Vymazal et al. - Nhìn chung, hiệu suất đạt được trong thí nghiệm này vẫn đảm bảo cho dù khu hệ thống đã vận hành khoảng 5 năm, tuy hệ thống được vận hành lưu lượng cao gấp đôi (1200L/ngày), nhưng vẫn có hiệu suất giống như ghi nhận trong những nghiên cứu trước đây với lưu lượng thấp hơn là 600 L/ngày (Tuan et al., 2005).. - Nhìn chung nồng độ BOD 5 có xu hướng giảm dần ở cả 2 NT và nằm trong khoảng cho phép của QCVN 24:2009 (loại A, 30 mg/L). - Từ điểm WL1 đến WL2, BOD 5 ở cả hai nghiệm thức đều giảm nhanh, có thể do nước thải trước khi đến WL2 đã qua bể lọc than đước và xơ dừa, các chất rắn lơ lửng với kích thước lớn có chứa BOD 5 bị giữ lại. - Từ vị trí WL2 đến WL3, nước thải qua khu xử lý nước bằng Sậy, các chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn tiếp tục được giữ lại bởi vật liệu lọc là cát, ngoài ra còn có sự hoạt động của vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ nên BOD 5 tiếp tục giảm (Hình 2a). - Kết quả này cũng được ghi nhận tương tự ở nghiên cứu của Tuan et al. - Hiệu suất xử lý BOD 5 của NT 600L (71,4%) cao hơn NT 1200L (47,4%) (p<0,05).. - Dẫn đến hiệu suất xử lý. - Theo Vymazal (1999) hợp chất hữu cơ được phân hủy yếm khí lẫn hiếu khí bởi vi sinh vật trong hệ thống ĐNN chảy ngầm ngang, và rất khó xác định tỷ lệ của 2 quá trình trên. - Nhưng theo kết quả nồng độ DO trong nước thải đầu ra tăng so với đầu vào, và giá trị pH giảm ở nước đầu ra (Bảng 1), chứng tỏ cả 2 quá trình trên đều diễn ra trong bể cát trồng Sậy. - Một phần rễ già và rễ chết bị phân hủy trong hệ thống cũng có thể góp phần nồng độ BOD và COD khá cao trong nước thải đầu ra (Hình 2a và 2b).. - Cơ chế loại bỏ P trong hệ thống ĐNN kiến tạo chảy ngầm ngang là quá trình hấp phụ trên bề mặt chất nền (ở đây sử dụng cát), quá trình kết tủa, và quá trình đồng hóa vào cơ thể vi sinh và thực vật (Vymazal, 2004. - Nồng độ PO 4 -P trong nước thải đầu vào của NT 1200L cao hơn (p<0,05) ở NT 600 L (Hình 2c), nhưng chất lượng nước đầu ra có hàm lượng PO 4 -P tương đương (p>0,05). - Dẫn đến hiệu suất xử lý PO 4 -P của cả 2 NT giống nhau và rất cao (>99. - thậm chí cao hơn so với những ghi nhận trước đây (Tuan et al., 2005). - Có thể do trước khi tiến hành nghiên cứu này, cát ở 2m đầu của hệ thống ĐNN được rửa sạch và Sậy được trồng mới, cho nên có thể lượng PO 4 -P hấp phụ vào cát nhiều và cây Sậy hấp thụ PO 4 -P nhiều hơn cho sinh khối mới, nên lưu lượng không ảnh hưởng lên hiệu suất xử lý PO 4 -P trong nghiên cứu này.. - Nồng độ TP trong nước thải đầu ra ở cả 2 NT đều giảm rõ rệt và nằm trong khoảng cho phép của QCVN 24:2009 (loại A: 4 mg/L). - Ở vị trí WL2, nồng độ TP có xu hướng tăng một ít ở NT 600L, có thể do tại vị trí này là vị trí mặt nước mở, lá cây rụng xuống phân hủy và có nhiều xác động vật nổi, muỗi. - có thể là lý do làm tăng nồng độ lân trong nước. - Nhưng qua bể lọc cát nồng độ TP giảm rõ rệt có thể do cát sử dụng làm chất nền trong hệ thống này đóng vai trò hữu hiệu trong việc hấp phụ lân (Arias et al., 2001). - Dẫn đến hiệu suất xử lý TP của hệ thống rất cao ở cả 2 NT. - và NT 600L (98,9%) cao hơn NT 1200L (98,1%) (p<0,05), tương đương với ghi nhận của Tuan et al. - Nhìn chung NH 4 -N và TKN có cùng xu hướng và giảm dần khi qua hệ thống xử lý, nước thải sau khi qua hệ thống chỉ đạt QCVN 24:2009 (loại A) đối với NT 600L. - Riêng chất lượng nước ở NT 1200 L có hàm lượng NH 4 -N và TKN đạt tiêu chuẩn loại B (QCVN 24:2009). - Có thể một phần do hiện tượng chảy tràn bề mặt và nhiệt độ giảm (Bảng 1) ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý đạm ở NT 1200L (Vymazal et al., 1998). - Đạm trong nước thải đầu vào đến vị trí WL2 chỉ giảm một phần nhờ vào bể lọc than đước và xơ dừa, sau đó giảm nhanh khi qua hệ thống xử lý bể cát trồng Sậy (Hình 2e và 2f). - Khả năng xử lý TSS, PO 4 -P và TP là rất hiệu quả và không đổi cho cả hai mức lưu lượng (600 và 1200 L/ngày) với hiệu suất xử lý trung bình tương ứng là ~94, 99 và 99%. - Trong khi đó hiệu suất xử lý BOD 5 , COD, NH 4 -N và TKN giảm ở mức lưu lượng cao (1200L/ngày), với giá trị trung bình tương ứng là và 69-91%.. - Hình 2: Nồng độ (mg/L) trung bình (các thanh đứng chỉ độ lệch chuẩn, n=5) của (a) BOD 5 , (b) COD, (c) PO 4 -P, (d) TP, (e) NH 4 -N và (f) TKN ở các vị trí thu mẫu trên hệ thống ĐNN của 2 NT 600 và 1200 L so với QCVN 24:2009 (cột A). - Hệ thống ĐNN kiến tạo chảy ngầm ngang có trồng Sậy thử nghiệm trong nghiên cứu này cho kết quả khả thi trong việc xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung ở điều kiện nông thôn ĐBSCL.. - Hệ thống này có chức năng như là bể lọc sinh học hiệu quả, dễ vận hành, đỡ tốn công bảo trì, vận hành với mức tải nạp thủy lực cao, và cho chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép xả thải QCVN 24:2009 (cột A), cho phép xả thải vào thủy vực làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt, ngoại trừ hàm lượng NH 4 -N và TKN ở NT 1200 L/ngày thì đạt tiêu chuẩn cột B (QCVN 24:2009).. - Có hiện tượng chảy tràn bề mặt ở ở NT 1200 L/ngày, đó là điều cần quan tâm khi nghiên cứu ở mức lưu lượng tải nạp cao hơn trong tương lai.. - Thu hoạch Sậy là biện pháp hữu hiệu loại bỏ dinh dưỡng ra khỏi hệ thống, đặc biệt N và P, cho nên cần có những nghiên cứu thêm về chu kỳ thu hoạch cây Sậy thích hợp.. - Bể nước thải đầu ra WL3 cần phải đậy nắp kín để ngăn cản tảo hay ấu trùng phát triển.. - Bản thảo kế hoạch phát triển công ty Phát triển thể chế và tổ chức cho công tác quản lý nước thải.