Tài liệu hướng dẫn thiết kế bãi lọc ngầm trồng câyConstructed Wetland

Tải về Bãi lọc ngầm trồng cây gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ mới, xử lí nước thải trong điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, ngày càng được áp dụng rộng rãi. Ở Việt Nam, công nghệ trên thực chất còn là mới.Bãi lọc trồng cây dùngđể xử lí nước thải trong điều kiện tự nhiên. Với các thông số làm việc khac nhau, bài lọc trồng cây được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước thải. Khác với bãi đất ngập nước tự nhiên, thường là nơi tiếp nhận nước thải sau khi xử lý, với chất lượng đã đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn và chúng chỉ làm nhiệm vụ xử lý bậc cao hơn, 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.Có thể phân các loại bãi lọc trồng cây thành 2 nhóm chính:-Bãi lọc trồng cây ngập nước ( FWS CW).Hệ thống này giống như những đầm lầy tự nhiên. Nó có 1 lớp đất sét tự nhiên hoặc nhân tạo hoặc lớp chống thấm dưới đáy để chống rò rỉ. Trên lớp chống thấm là lớp đất hoặc chất liệu phù hợp cho việc sinh trưởng của các loài thực vật đầm lầy. Nước thải với độ sâu tương đối nhỏ chảy theo phương ngang qua bề mặt lớp đất. Cấu tạo của hệ thống thường được sử dụng, với dạng kênh hẹp và dài, độ sâu của nước nhỏ, vận tốc chảy nhỏ cùng với sự có mặt của các loài thực vật, tạo điều kiện cần thiết cho chế độ gần như dòng chảy đẩy- Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm (SSF CW). Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang (HF) hay dòng chảy thẳng đứng (VF) từ dưới lên, từ trên xuống.Lớp bảo đảm sự sinh trưởng cho thực vật bao gồm đất, cát, sỏi, đá, được xếp theo thứ tự đó từ trên xuống nhằm tạo độ xốp tốt hơn (hình 2.2). Kiểu dòng chảy của nước thải có thể là hướng lên trên, hướng xuống dưới, ngang, kiểu dòng chảy ngang là phổ biến nhất. Hầu hết các SF được thiết kế với độ dốc 1% hay hơn một chút.Nước thải chảy qua các vùng lọc, sẽ được làm sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của chất liệu lọc, rễ thực vật. Vùng ngầm thường thiếu oxy, nhưng thực vật có thể vận chuyển lượng oxy dư thừa tới phần rễ, bằng cách đó tạo ra những tiểu vùng vi sinh vật hiếu khí ngay cạnh các rễ và thực vật thân rễ. Còn có một lớp ôxy mỏng trong lớp đất gần lớp tiếp xúc với không khí.Cơ chế làm sạch và vận chuyển trong các bãi lọc trồng cây được tổng kết trong bảng 3, với các chỉ tiêu chủ yếu như BOD, hàm lượng cặn lơ long, nitơ, phốtpho, mêtan, các hợp chất hữu cơ và vi khuẩn gây bệnh.

Bãi lọc trồng cây là một hướng công nghệ mới, chi phí thấp, thân thiện với môi trường, phù hợp trong điều kiện các nước nhiệt đới như Việt Nam.- Muốn hiểu rõ hơn công nghệ xử lý có nhiều triển vọng này, tiến tới áp dụng trong điều kiện Việt Nam.- Lựa chọn loại bãi lọc trồng cây nào tuỳ thuộc điều kiện cụ thể của tong bài toán. Một cách khái quát:+ Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang ngập nước: không xử lí được chất dinh dưỡng, chiếm nhiều diện tích, dễ bị mùi, đặc biệt là khi xử lí nước thải đầu ra của bể tự hoại, dễ gặp vấn đề muỗi.+ Bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang: cũng chiếm nhiều diện tích, không xử lí được chất dinh dưỡng, hiệu quả xử lí vi sinh hạn chế.+ Bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng; tỏ ra có nhiều ưu điểm như có chế độ oxy trong lớp vật liệu tốt hơn, cho phép nâng cao hiệu suất quá trình phân huỷ sinh học các chất hữu cơ, xử lý được chất dinh dưỡng như Nitơ nhờ quá trình nitrat – khử nitrat, loại bỏ vi sinh, tốn ít diện tích nhất trong các loại bãi lọc, hiệu suất xử lý cao… Tuy nhiên nhược điểm của loại này là cần có chênh lệch về gradient dòng chảy từ sau bể tự hoại đến nguồn tiếp nhận, nếu không phải ding bơm cưỡng bức, do vậy phải lụa chọn điều kiện địa hình thích hợp mới có thể áp dụng được.Từ những lí do phân tích trên đây, bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng là đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài này. Cũng cần lưu ý là trên thực tế, có thể kết hợp các loại bãi lọc trồng cây với nhau để đạt hiệu quả tối ưu.Nhóm nghiên cứu đã lắp đặt và chạy mô hình XLNT với Bể tự hoại và Bãi lọc ngầm trồng cây dòng thẳng đứng (VFCW), với các chế độ vận hành khác nhau, đánh giá hiệu quả xử lý, với ảnh hưởng của tải trọng chất bẩn, thuỷ lực, loại vật liệu học, cây trồng, thời tiết…theo các tiêu chí COD, SS, N, P, Coliforms,… Các nội dung nghiên cứu khác là đánh giá sự phù hợp của công nghệ đối với các điều kiện địa phương ( khí hậu, địa hình, đất đai, xã hội học…), khả năng tận dụng thực vật (biomass) sau thu hoạch.

Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng các loại thực vật sống dưới nước đã và đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới với ưu điểm là rẻ tiền, dễ vận hành, đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao.

Bãi lọc trồng cây là những vùng đất trong đó có mức nước cao hơn hoặc ngang bằng so với mặt đất trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó. Các vùng đất ngập nước tự nhiên cũng có thể được sử dụng để làm sạch nước thải, nhưng chúng có một số hạn chế trong quá trình vận hành do khó kiểm soát được chế độ thủy lực và có khả năng gây ảnh hưởng xấu bởi thành phần nước thải tới môi trường sống của động vật hoang dã và hệ sinh thái trong đó.

Đất ngập nước nhân tạo hay bãi lọc trồng cây chính là công nghệ xử lý sinh thái mới, được xây dựng nhằm khắc phục những nhược điểm của bãi đất ngập nước tự nhiên mà vẫn có được những ưu điểm của đất ngập nước tự nhiên. Các nghiên cứu cho thấy, bãi lọc nhân tạo trồng cây hoạt động tốt hơn so với đất ngập nước tự nhiên cùng diện tích, nhờ đáy của bãi lọc nhân tạo có độ dốc hợp lý và chế độ thủy lực được kiểm soát. Độ tin cậy trong hoạt động của bãi lọc nhân tạo cũng được nâng cao do thực vật và những thành phần khác trong bãi lọc nhân tạo có thể quản lý được như mong muốn.

Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dạng dòng chảy, môi trường và các loại thực vật trồng trong bãi lọc... Có thể phân loại bãi lọc trồng cây thành hai loại: bãi lọc trồng cây ngập nước và bãi lọc ngầm trồng cây. Các loài thực vật được trồng phổ biến nhất trong bãi lọc là Cỏ nến, Sậy, Cói, Bấc, Lách...

Đối với bãi lọc trồng cây ngập nước, dưới đáy của bãi lọc là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc người ta rải một lớp vải nhựa trống thấm. Trên lớp trống thấm là đất hoặc vật liệu lọc phù hợp cho sự phát triển cảu thực vật có thân nhô lên mặt nước. Dòng nước thải chảy ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Hình dạng của bãi lọc này thường là kênh dài và hẹp, chiều sâu lớp nước nhỏ, vận tốc dòng chảy chậm và thân cây trồng nhô lên khỏi bãi lọc là những điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thủy lực kiểu dòng chảy đẩy.

Bãi lọc ngầm trồng cây mới xuất hiện gần đây. Cấu tạo của Bãi lọc này về cơ bản cũng gồm các thành phần tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước, nhưng nước thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc. Lớp lọc, nơi thực vật phát triển trên đó thường có đất, cát, sỏi và đá, được xếp thứ tự từ trên xuống dưới, giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy có thể có dạng chảy từ dưới lên, từ trên xuống hay chảy theo phương nằm ngang. Kiểu dòng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang. Hầu hết các hệ thống này được thiết kế với độ dốc 1% hoặc hơn. Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc va vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. Vùng ngập nước thường thiếu ôxy, nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng ô xy 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.

Qua các thí nghiệm và ứng dụng thực tế cho thấy. Bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, chất rắn, Nitơ, Phốtpho, kim loại nặng, các

hợp chất hữu cơ, kể cả vi khuẩn và vi rút. Các chất ô nhiễm trên được loại bỏ nhờ �nhiều cơ chế đồng thời trong bãi lọc như lắng, kết tủa, hấp phụ hóa học, trao đổi chất của vi sinh vật và sự hấp thụ của thực vật.

Tại miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý bổ sung nước thải sau các trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích chính là khử nitơ, mặc dù hiệu quả xử lý tổng Phốtpho và BOD cũng khá cao.

Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã �được xây dựng ở Na Uy. Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này đã trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và yêu cầu bảo dưỡng thấp. Có thể xây dựng bãi lọc trong bất kỳ điều kiện nào về vị trí. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật "ngủ" vào mùa đông.

Tại Đan Mạch, Hướng dẫn chính thức mới gần đây về xử lý tại chỗ nước thải sinh hoạt đã được Bộ Môi trường Đan Mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này, người ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat hóa đạt 90%. Hệ thống này bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách Phốtpho trong bể phản ứng -lắng, cho phép loại bỏ 90% Phốtpho.

Ngoài các công năng như đã kể trên, các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan, Thụy Sỹ, Bồ Đào Nha còn cho thấy bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong �nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt và xử lý nước thải công nghiệp, nước rò rỉ bãi rác... Không những thế, thực vật nước từ bãi lọc trồng cây còn có thể được chế biến, sử dụng để thức ăn cho gia súc, phân bón cho đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu cho sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ và là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc ngầm trồng cây còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm. Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam" của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); "Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì" của Trường Đại học Quốc gia Hà Nội... đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam. Theo GS.TSKH Nguyễn Nghĩa Thìn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) thì Việt Nam có đến 34 loại cây có thể sử dụng để làm sạch môi trường nước. Các loài cây này hoàn toàn dễ kiếm tìm ngoài tự nhiên và chúng cũng có sức sống khá mạnh mẽ.

PGS. TS Nguyễn Việt Anh, Chủ nhiệm Đề tài hợp tác nghiên cứu giữa Trường Đại học Tổng hợp Linkoeping (Thụy Điển) và Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp về "Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây" cho biết: "Chúng tôi đang tiến hành thử nghiệm Bãi lọc ngầm trồng cây có dòng chảy thẳng đứng sử dụng các vật liệu sỏi, gạch để xử lý nước thải sau bể tự hoại, trồng các loại thực vật dễ kiếm, phổ biến ở nước ta như Cỏ nến, Thủy trúc, Sậy, Phát lộc, Mai nước... Kết quả rất khả quan, nước thải ra đạt tiêu chuẩn xả ra môi trường hay tái sử dụng lại. Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý từ bãi lọc trồng cây còn có giá trị kinh tế. Công nghệ này rất phù hợp với điều kiện của Việt Nam, nhất là cho quy mô hộ, nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, các trang trại, làng nghề...".