Xử lý nước thải nhờ hệ thống đất ngập nước nhân tạo

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 07/10/2013 ‹#› Bấm & sửa kiểu tiêu đề Bấm & sửa kiểu tiêu đề Mức hai Mức ba Mức bốn Mức năm XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHỜ HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO 1 DANH SÁCH NHÓM 2 Nhóm 6 Ngô Thái Bảo Lê Hoài Thương Diệp Thanh Toàn Phan Hoàng Khang Phạm Thị Bích Liểu Cao Hoàng Nữ Hồng An Nội dung chính ĐNN nhân tạo Thuận lợi & khó khăn Ứng dụng Giới thiệu chung Quá trình xử lý chất ÔN 3 Cơ chế xử lý chất ÔN 4 GIỚI THIỆU CHUNG 5 Khái niệm Theo công ước Ramsar (1971 ), ĐNN được định nghĩa như sau: ĐNN được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc là vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thuỷ triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m. Đất ngập nước tự nhiên Những vùng ngập nước thường xuyên có nhiều loại cây chịu nước như lau, sậy chứa đựng rất nhiều loài vi sinh sống dưới lớp bề mặt có tiềm năng oxy hóa và tiềm năng khử khác nhau cũng như hỗ trợ tính đa dạng của những loài vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, actinomycetes, động vật nguyên sinh Đất ngập nước nhân tạo Được phân loại theo chế độ hoạt động như dòng chảy mặt, dòng chảy ngang, dòng chảy đứng theo phương xuống hoặc dòng chảy đứng theo phương lên. Hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được sử dụng thành công trong xử lý nước thải đô thị, nước chảy bề mặt từ khu đô thị… SO SÁNH 6 7 Chức năng sinh thái của ĐNN Nạp nước ngầm - Hạn chế ảnh hưởng lũ lụt - Ổn định vi khí hậu - Chống sóng biển, ổn định bờ biển và chống xói mòn - Xử lý nước, giữ lại chất cặn, chất độc… - Giữ lại chất dinh dưỡng Chức năng kinh tế của ĐNN - Tài nguyên rừng: cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như gỗ, than, củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, tanin, dược liệu … - Thuỷ sản: Môi trường sống và nơi cung cấp thức ăn cho cá, loài thuỷ sản. - Tài nguyên cỏ và tảo biển: Thức ăn của nhiều loại thuỷ sinh vật, người và gia súc, ngoài ra còn làm phân bón và dược liệu… - Sản phẩm nông nghiệp: các ruộng lúa nước chuyển canh hoặc xen canh với các cây hoa màu khác tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng của vùng ĐNN. - Cung cấp nước ngọt: Là nguồn cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt, tưới tiêu -Tiềm năng năng lượng: Than bùn, các đập, thác nước… là những nguồn năng lượng quan trọng. 8 Chức năng xã hội - Tạo cảnh quan, vui chơi, giải trí - Giá trị văn hoá: lễ hội, giáo dục, nghiên cứu… - Giá trị đa dạng sinh học 9 CƠ CHẾ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM Ở ĐNN NHÂN TẠO Quá trình vật lý Quá trình hóa học Quá trình sinh học 10 Quá trình vật lí, hóa học Lắng xuống, đóng cặn: loại bỏ chất hạt và chất rắn lơ lửng. Thấm hút bề mặt: bao gồm các quá trình hấp thụ và hấp phụ, xảy ra trên bề mặt của các loài thực vật, chất nền, trầm tích, rác rưởi . Ôxi hóa, khử và kết tủa hóa học: chuyển biến kim loại dưới tác dụng của dòng chảy, thông qua sự tiếp xúc của nước với chất nền và rác thành dạng chất rắn không tan và lắng xuống, đây là một biện pháp hữu hiệu hạn chế tác hại của các kim loại có tính độc trong ĐNN. Sự quang phân, ôxi hóa: phân hủy, ôxi hóa các hợp chất dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Sự bay hơi: xảy ra khi có áp suất đủ lớn, hợp chất sẽ chuyển sang thể khí. 11 Quá trình sinh học Các chất hữu cơ hòa tan được phân hủy bởi các vi sinh vật đáy và vi sinh vật bám dính trên thực vật. Có sự nitrat hóa và phản nitrat hóa do tác động của vi sinh vật; Dưới các điều kiện thích hợp, một khối lượng đáng kể các chất ô nhiễm sẽ được thực vật hấp thụ; Sự phân hủy tự nhiên của các chất hữu cơ trong môi trường. 12 - Các loại thực vật trong hệ thống đất ngập nước có rễ bám vào lớp đất ở đáy và thân vươn cao lên trên mặt nước. Thực vật thủy sinh là một thành phần không thể thiếu được của các hệ sinh thái này Quá trình sinh học Rễ và đới rễ trong lớp trầm tích Phần thực vật tiếp xúc với nước Phần thực vật tiếp xúc với không khí 13 - Những thực vật được xử dụng thường xuyên trong đất ngập nước nhân tạo là:đuôi mèo(cattail), sậy(reed),cây lách(sedge)..Tất cả các loài thực vật này có mặt ở khắp nơi,thích ứng với các điều kiện có liên quan đến việc thiết kế của hệ thống đất ngập nước nhân tạo Quá trình sinh học Đuôi mèo Sậy Cây lách 14 Quá trình xử lí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Quá trình tách các chất rắn Quá trình khử Nitơ Quá trình khử Photpho Quá trình xử lí kim loại nặng Quá trình xử lí các hợp chất hữu cơ Quá trình xử lí vi khuẩn và virut CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐNN NHÂN TẠO 15 Quá trình xử lí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học Trong các bãi lọc, sự phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) trong nước thải. BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng. Phân hủy sinh học xảy ra khi các chất hữu cơ hòa tan được mang vào lớp màng vi sinh bám trên phần thân ngập nước của thực vật, hệ thống rễ và những phần vật liệu lọc xung quanh, nhờ quá trình khuyếch tán. Vai trò của thực vật trong bể lọc là: -Cung cấp môi trường thích hợp cho vi sinh vật thực hiện quá trình phân hủy sinh học cư trú -Vận chuyển O2 vùng rễ để cung cấp cho quá trình phân hủy sinh học trong bộ rễ. 16 Ghi chú: DM: vật chất được phân hủy PM: hạt rắn Biểu thị sự phân hủy hạt rắn hòa tan Quy trình mong muốn Sa: dínhchặt vào bề mặt lớp lọc sinh học Se: Sự lắng trầm tích tại cung nước mở Sm: Quá trình lắng tăng lên bởi thực vật Ae nhịp phân hủy Fb: Lớp lọc sinh học rụng xuống và sa lắng Fm: rác thực vật rụng xuống và sa lắng Ps: Quang hợp bởi màng tảo và thực vật phù du Di: sự khuyech tán oxi trong nước Re : Sự vẩn lại của hạt nền Rs: Định vị bởi màng tảo và thực vật Pg: Thực vật phiêu sinh phù du phát triển quá mức Quy trình không mong muốn Ghi chú: Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng Quá trình tách các chất rắn Các chất rắn lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực, vì các hệ thống này có thời gian lưu nước dài. Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua các cơ chế lọc. Các cơ chế xử lí trong hệ thống 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. Thực vật trong bãi lọc không đóng vai trò đáng kể trong loại bỏ các chất rắn. 17 Ghi chú: FP: hạt mịn CP: hạt thô Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn Ghi chú: Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng Sa: dínhchặt vào bề mặt lớp lọc sinh học Se: Sự lắng trầm tích tại cung nước mở Sm: Quá trình lắng tăng lên bởi thực vật Ag thể tụ hợp Fb: Lớp lọc sinh học rụng xuống và sa lắng Fm: rác thực vật rụng xuống và sa lắng Re : Sự vẩn lại của hạt nền Ps: Những mảng nhỏ bị tách rời bởi vận tôc dòng lớn Pg: Thực vật phiêu sinh phù du phát triển quá mức Quá trình khử Nitơ Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của N2 xảy ra trong các tầng oxi hóa khử của đất, bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất, phần ngập nước của thực vật có thân nhô lên mặt đất. N2 được loại bỏ trong các bãi lọc nhờ 3 cơ chế sau: Nitrat hóa / khử nitrat Sự bay hơi của NH3 Sự hấp thụ của thực vật 18 Ghi chú: DON:phân hủy nito hữa cơ PON: hạt hữu cơ Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn Se: sự sa lắng Bm: sự hấp thu của lớp lọc sinh học Ma:sự khoáng hóa Ni: sự nitrit hóa Do: sự khử nitrat Ae: nhịp phân hủy lớp lọc sinh học Vo: sự bay hơi Pb: lớ lọc sinh học rụng xuống và sa lắng Fm: rác thực vật rụng xuống và sa lắng Re : Sự vẩn lại của hạt nền Di: sự khuyech tán NH và NO từ chất mùn Pg: sự phát triển quá mức phiêu sinh thực vật phù du Dx: Dị hóa NO thành NH Ghi chú: Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng Quá trình khử Photpho Đây cũng là cơ chế duy nhất đưa hẳn P ra khỏi hệ thống bãi lọc. Các qúa trình hấp phụ, kết tủa và lắng chỉ đưa được P vào đất hay vật liệu lọc. Khi lượng P trong lớp vật liệu vượt quá khả năng chứa thì phần vật liệu hay lớp trầm tích đó phải được nạo vét và xả bỏ. Cơ chế loại bỏ P trong các bãi lọc gồm có: Sự hấp thụ của thực vật Các quá trình đồng hóa của vi khuẩn Sự hấp thụ lên đất, vật liệu lọc và các chất hữu cơ Kết tủa lắng cùng các ion Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+... 19 Ghi chú DOP: Phân hủy photpho hữu cơ POD: Hạt photpho hữu cơ Se: Sự sa lắng Bu: Sự hấp thu của lớp lọc sinh học Mu: Sự hấp thu của thực vật Mn: Sự khoáng hoa Ad: Sự hút bám Pe: Sự kết lắng Pb: Lớp lọc sinh học rụng xuống và sa lắng Quy trình mong muốn Quy trình không mong muốn Re: Sự vẩn đục lại ( lơ lửng) của hạt nền Da: Di: Sự khuếch tán của PO4 từ nền Pg: Sự tăng quá mức của thực vật phù du Ghi chú: Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng Quá trình xử lí kim loại nặng Các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kim loại mạnh rất khác nhau. Bên cạnh đó, thực vật đầm lầy cũng ảnh hưởng gián tiếp đến sự loại bỏ và tích trữ kim loại nặng khi chúng ảnh hưởng đến chế độ thủy lực, cơ chế hóa học lớp trầm tích và hoạt động của vi sinh vật. Các vật liệu lọc là nơi tích tụ chủ yếu các kim loại nặng. Các cơ chế loại bỏ chúng gồm có: • Kết tủa và lắng ở dạng hydroxit không tan trong vùng hiếu khí, ở dạng sunfit, kim loại trong vùng kị khí của lớp vật liệu. • Hấp phụ lên các kết tủa oxyhidroxit sắt, mangan trong vùng hiếu khí • Kết hợp lẫn thực vật và đất - Hấp phụ vào rễ, thân và lá của thực vật trong bãi lọc trồng cây. 20 Quá trình xử lí các hợp chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ trong các hệ thống chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn và nấm) và hấp phụ của thực vật.Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ các chất hữu cơ nhờ quá trình bay hơi là hàm số phụ thuộc của trọng lượng phân tử chất gây ô nhiễm. Các chất bẩn hữu cơ chính còn có thể loại bỏ nhờ quá trình hút bám vật lí lên bề mặt các chất lắng được và sau đó là quá trình lắng. Quá trình này thường xảy ra ở phần đầu bãi lọc. Các chất hữu cơ cũng bị thực vật hấp thụ 21 Quá trình xử lí vi khuẩn và virut Về bản chất cũng giống như quá trình loại bỏ các vi sinh trong hồ sinh học. Vi khuẩn và virut có trong nước thải được loại bỏ nhờ: Các quá trình vật lí như lắng, dính kết, lọc, hấp phụ Bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi trong một thời gian dài 22 Ghi chú SP: mầm bệnh thể nhỏ (vi khuẩn) Lp: Mầm bệnh thể lớn (bào xác) Quy trình mong muốn Sa: Sự bám chặt vào lớp lọc sinh học Se: Sự lắng trầm tích tại vùng nước mở Sm: Quá trình lắng được tăng nhờ thực vật vĩ mô Ag: Thể tụ hợp UV: Hướng di chuyển của tia UV Co: Sự cạnh tranh trên bộ lọc sinh học Do:Chết dần vì điều kiện thù địch Zp: Động vật phù du phiêu sinh vật ăn thịt Re: Sự vẩn đục lại của hạt nền Quy trình không mong muốn Ghi chú: Bề dày của mũi tên quy trình quy định thể hiện tầm quan trọng của chúng MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO Các hệ thống chảy trên bề mặt (Free water surface - FWS). Các hệ thống dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow). Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF). 23 Các hệ thống chảy trên bề mặt (Free water surface - FWS). Những hệ thống này thường là lưu vực chứa nước hoặc kênh dẫn nước với lớp lót bên dưới để ngăn sự rò rỉ nước đất hoặc các lớp lọc khác hỗ trợ cho thực vật nổi. 24 Các hệ thống dòng chảy ngang dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow) Trong suốt thời gian này, nướ thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các đời hiếu khí,yếm 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 do các quá trình hóa sinh.Loại thực vật sử dụng phổ biến trong mô hình HSF là cây sậy. 25 Các hệ thống với dòng chảy thẳng đứng (Vertical subsurface flow - VSF) Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt.Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng.Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lý được đưa ra ngoài.Các hệ thống VSF thường xuyên được sử dụng để xử lý lần 2 cho nước thải đã được xử lý lần 1 26 Những thuận lợi và khó khăn khi sử dụng hệ thống ĐNN nhân tạo để xử lí nước thải Thuận lợi Khó khăn Một số chú ý khi sử dụng hệ thống đát ngập nước nhân tạo 27 Thuận lợi Thân thiện với sinh thái Trực quan rất hấp dẫn. Thân thiện với môi trường, phòng chống ô nhiễm Tiết kiệm chi phí vận hành Nguồn nước sau khi xử lí nếu đạt tiêu chuẩn cho phép thì hoàn toàn an toàn cho các mục đích sử dụng Lợi ích kinh tế có thể được bắt nguồn từ nuôi trồng cá, sản xuất sinh khối, phân bón, tiềm năng về Giáo dục và giải trí Sản xuất khí sinh học 28 Khó khăn Chủ yếu liên quan đến tính khả dụng của các diện tích đất cần thiết, vốn đầu tư cho các công trình xây dựng quản lý của các hệ sinh thái có ảnh hưởng đến hoạt động của nó • Các diện tích đất cần thiết cho các hệ thống (FWS) có thể là lớn, đặc biệt là nếu trong yêu cầu loại bỏ về nitơ hay phospho. 29 Một số chú ý khi sử dụng hệ thống đát ngập nước nhân tạo -Đánh dấu vị trí các bồn chứa. -Bảo tồn nước, duy trì trong thời gian hoạt động. -Hạn chế sử dụng các bồn chứa phụ. -Giảm thiểu hoặc loại bỏ việc sử dụng các sản phẩm tạo rác vào hệ thống.Thức ăn chất thải giấy khăn, báo chí, nhựa, dầu mỡ, dầu nấu ăn, thuốc lá, bã cà phê… -Không phun ra chất độc hại như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt trùng, axit, thuốc men, sơn, xăng dầu…. -Giảm thiểu việc sử dụng các chất nguy hại chẳng hạn như chất tẩy và chất làm sạch. Không dẫn nước từ hồ bơi,bình nước nóng vào hệ thống, đặc biệt là nếu các nước chứa chlorinated 30 -Không kết nối mái cống; tầng hầm hoặc ống cống vào hệ thống. -Trước khi trồng cây, luôn luôn rũ sạch đất quanh các gốc cây. Nếu đất còn lại trên gốc của nó c ó thể tích lũy giữa những viên sỏi và chặn dòng chảy của nước. 31 32 Thank you!