Sử dụng hệ thống hồ sinh học kết hợp với hệ thống lọc qua hào đất để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao

đối với các quốc gia trên thế giới. Quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá cùng với quá trình đô thị hoá đã biến nguồn tài nguyên nước vốn rất dồi dào và tưởng như vô tận hiện nay trở nên khan hiếm và bị ô nhiễm nặng ở nhiều khu vực, nhiều quốc gia. Vấn đề nước sạch và bảo vệ tài nguyên nước sạch đang được hưởng ứng ở khắp nơi. Việc phòng chống ô nhiễm nước cụ thể là chống ô nhiễm các thuỷ vực nước ngọt như sông, suối, ao hồ,... là mục tiêu quan trọng trong các chương trình bảo vệ môi trường của Liên hiệp quốc cũng như của từng quốc gia. Ở Việt Nam, hàng năm đều có các tuần lễ tiết kiệm nước sạch và bảo về tài nguyên nước ở các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm nước vẫn là vấn đề đáng lưu tâm cho các cấp chính quyền. Nhà nước Việt Nam coi việc bảo vệ môi trường, đặc biệt nguồn nước là một vấn đề cần thiết. Nhiều nhà khoa học hiện nay đang hướng các hoạt động vào việc xử lý nước thải. Năm 1993 Quốc hội nước cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã thông qua luật bảo vệ môi trường. Tuy nhiên rất nhiều các xí nghiệp sản xuất ở Việt Nam chưa có cơ sở xử lý chất thải nhất là đối với các xí nghiệp vừa, nhỏ không đủ kinh phí để mua sắm trang thiết bị. Vì vậy nước thải đều được đổ trực tiếp ra môi trường xung quanh, một số nước thải đã qua xử lý sơ bộ nhưng chưa đạt tiêu chuẩn quy định mà mới chỉ mang tính hình thức đối phó với các cơ quan quản lí. Nguyên nhân của tình trạng này là giá thành xử lý các chất ô nhiễm cao, kéo theo làm tăng giá thành sản phẩm. Do vậy tình trạng ô nhiễm môi trường diễn ra là phổ biến. Luận văn tốt nghiệp: “Sử dụng hệ thống hồ sinh học kết hợp với hệ thống lọc qua hào đất để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao” nhằm góp phần thực hiện các mục đích sau : - Phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao ở hồ Thành Công, Sông Lừ và cơ sở sản xuất bia Du Lịch. - Sử dụng hồ sinh học kết hợp với lọc qua hào đất để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao. - Tìm thông số tối ưu trong quá trình xử lý (thời gian lưu nước ở mỗi giai đoạn) để đạt hiệu xuất xử lý cao nhất. PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC 1.1. NGUYÊN TẮC XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC Dựa trên cơ sở các vi sinh vật có khả năng phân huỷ chất hữu cơ, tức là chúng có thể làm sạch nước thải có chứa các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh hoá, người ta có thể sử dụng vi khuẩn để phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải với hiệu quả cao, thậm chí có thể hấp thụ được các độc tố trong nước. Làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học được tiến hành trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Theo nhu cầu oxy người ta chia sinh vật ra thành các loại hiếu khí, kỵ khí và vi sinh vật tuỳ tiện [3 ]. Những sinh vật hiếu khí đòi hỏi oxy để thực hiện trao đổi chất, ngược lại vi sinh vật kỵ khí thực hiện trao đổi chất trong điều kiện không có oxy. Các vi sinh vật tuỳ tiện có khả năng hoạt động được trong cả hai điều kiện có và không có oxy. Hầu hết các vi sinh vật có mặt trong các quá trình xử lý sinh học đều là các loại tuỳ tiện. Một trong những công trình được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải là hồ sinh học - hồ oxy hoá (Oxydation Pond hay Lagoon ). Đó là các hồ chứa nước tự nhiên hay nhân tạo dùng để xử lý nước thải. Quá trình xử lý nước thải được dựa trên các nguyên lý và tuân theo những quy luật nhất định. Khi có khoảng diện tích đất rộng với các điều kiện khí hậu, địa chất thuỷ văn phù hợp, kết hợp với phục vụ nông nghiệp, thuỷ sản... thì việc sử dụng hồ sinh học là hợp lý và kinh tế nhất mà vẫn đạt hiệu suất xử lý cao, lại quản lý đơn giản dễ dàng. Về phương diện kỹ thuật xử lý nước thải, hồ sinh học có dung tích lớn nên có tính đệm cao và khi lưu lượng nước thải hoặc nồng độ chất bẩn biến đổi, dao động thì hiệu xuất xử lý vẫn đảm bảo. Hồ sinh học còn có thể sử dụng làm hồ nuôi cá. Các tác nhân của quá trình oxy hoá như tảo, động vật nguyên sinh v.v... là nguồn thức ăn cho cá. Do có tính ưu việt như vậy nên hồ sinh học được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Ở Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới, chắc chắn hồ sinh học sẽ có một vị trí xứng đáng nếu biết sử dụng nó vừa để xử lý nước thải vừa phục vụ cho việc tới ruộng và nuôi cá. 1.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỒ SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1. NƯỚC VÀ CÁC NGUỒN Ô NHIỄM NƯỚC THẢI Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá. Không có nước thì không có sự sống. Nước tham gia vào hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông đường thuỷ và sinh hoạt của con người. Nước bao bọc 3/4 bề mặt trái đất với thể tích khoảng 1,5 tỷ km3. Trong đó tỷ lệ nước ngọt chỉ chiếm 2,4 % tổng lượng nước, với 27.210.600 km3 là nước mặt nằm ở các sông hồ và 6.010.600 km3 ở tầng nước ngầm[12 ]. Nước có vai trò to lớn trong đời sống nhân loại: 2/3 thành phần cơ thể được cấu tạo từ nước. Nước tham gia vào mọi phản ứng sinh hoá và các quá trình trao đổi chất tế bào. Sự sống của con người sẽ bị đe doạ nếu mất 15% lượng nước. Con người sử dụng nước một cách trực tiếp hay gián tiếp để uống, tắm giặt; để sản xuất công nghiệp, nông nghiệp...Tuy nước có tầm quan trọng như vậy, nhưng hiện nay nhiều vùng trên thế giới đã sử dụng nước bừa bãi đồng thời cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, thâm canh nông nghiệp cũng như quá trình đô thị hoá ngày càng tăng thì nhu cầu sử dụng nước và xả các chất thải bẩn vào nước cũng tăng theo làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng . Nước thải được phân loại là nước thải sinh hoạt của dân cư đô thị, nước thải công nghiệp từ các xí nghiệp công nghiệp, thương nghiệp và dịch vụ, nước thải từ các khu vui chơi giải trí, du lịch, trường học và bệnh viện, nước thải từ nước mưa chảy tràn qua đồng ruộng cùng nước tưới tiêu thuỷ lợi mang theo các chất mầu mỡ từ đất cùng thuốc trừ sâu, phân bón... Tất cả các nguồn nước thải này nếu không xử lý đúng mức sẽ làm ô nhiễm các nguồn nước ao, hồ, sông ngòi, biển và cả các nguồn nước ngầm. Như vậy có thể coi nước thải là nguồn ô nhiễm chính cho các thuỷ vực. Trong nước thải có những thành phần khác nhau và gây ô nhiễm nước. Các chất gây ô nhiễm trong nước thải có thể chia ra làm các nhóm chính như sau: - Những chất độc hoặc gây hại khác nhau là muối của kim loại nặng, Acsen, Xyanua, Phenol, Anilin, Pectixit và những chất khác có khả năng ức chế hoạt tính hệ enzim gắn liền với oxy hoặc các dạng khác làm rối loạn các quá trình sống của vi sinh vật, cũng như của giới sinh vật nói chung. Những chất độc hại này thường có mặt ở nước thải của các xí nghiệp hoá chất, in nhuộm, thuộc da, nước có thuốc trừ sâu...Các chất này có độc tính rất cao. Nếu trong bùn lắng có mặt các chất này với liều lường nguy hiểm thì không được dùng làm phân bón mà cần phải đốt thiêu huỷ hoặc chôn cách ly. - Các chất axit hoặc kiềm làm thay đổi phản ứng môi trường của nguồn nước tự nhiên và kết quả là cân bằng sinh thái bị ảnh hưởng. - Các chất hoạt động bề mặt khi đổ vào thuỷ vực sẽ tạo thành một lớp bọt trên mặt nước. Các chất này không nguy hiểm, nhưng làm cho nước không thoáng khí, hạn chế oxy hoà tan và nước, ảnh hưởng đến đời sống của giới thuỷ sinh, trong đó có tảo và vi sinh vật. Các chất này khó bị phân huỷ. - Những chất hữu cơ hoà tan có chứa cacbon và nitơ, được vi sinh vật sử dụng như là các chất dinh dưỡng và làm cho giới này phát triển mạnh mẽ trong nước. Nhưng hàm lượng các chất này quá cao sẽ kéo theo nhu cầu oxy sinh học lớn, làm giảm oxy và gây ảnh hưởng lớn đến các sinh vật trong nước. Như vậy các vi sinh vật này không thể phát triển được trong điều kiện nồng độ các chất hữu cơ hoà tan quá nhiều, làm nước lâu tự làm sạch. - Những chất hữu cơ không tan như Lignin, Xenluloza, tinh bột, các chất cao phân tử, trong đó có những chất trôi nổi trên bề mặt hoặc trong nước. Trong trường hợp này, sẽ rất là khó khăn khi xử lý, đặc biệt là các chất nhựa cao phân tử chưa thể bị phân huỷ bởi vi sinh vật trong khoảng thời gian vài chục năm hoặc lâu hơn nữa. Nước thải của các xí nghiệp làm giấy, làm đường từ mía...thường có hàm lượng lignin cao. Chất hữu cơ này cũng khó bị phân huỷ khi xứ lý. 1.2.2.CÁC NGUỒN NƯỚC THẢI Ô nhiễm nước có thể được gây ra do hiện tượng tự nhiên (núi lửa, lũ lụt, phong hoá...) nhưng sự hoạt động của con người là nguyên nhân quan trọng nhất. Các hoạt động của con người trong sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, khai hoang, xây dựng công trình thuỷ lợi, giao thông đường thuỷ, du lịch... Đưa khối lượng ngày càng lớn chất thải vào nguồn nước sông hồ, đại dương, nước ngầm gây suy giảm rõ rệt chất lượng nước tự nhiên ở hầu hất các quốc gia trên thế giới. Hiến trương Châu Âu về nước đã định nghĩa: “Sự ô nhiễm nước là một biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm ô nhiễm nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi giải trí, đối với động vật nuôi và các loài hoang dại”. Có nhiều loại nguồn gây ô nhiễm nước bề mặt và nước ngầm. Hầu hết các nguồn gây ô nhiễm là do hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người tạo nên. Có thể chia ra làm 4 nguồn gây ô nhiễm nước. 1.2.2.1. Nước thải từ khu dân cư Nước thải từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan chứa đựng các chất thải trong quá trình sống của con người được gọi chung là nước thải sinh hoạt hoặc nước thải từ khu dân cư. Nước thải sinh hoạt ở các đô thị đông dân là nguồn nước thải lớn nhất. Nước thải từ các hộ gia đình với các bể tự hoại và hố xí chưa đạt tiêu chuẩn vệ sinh, các chất tẩy rửa và các hoá phẩm dùng cho tiêu dùng đã làm ô nhiễm nguồn nước. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng cao của các chất hữu cơ không bền vững, dễ bị phân huỷ sinh học (Cacbon hydrat, Protein, mỡ), chất dinh dưỡng (Photphat, Nitơ), vi sinh vật, chất rắn...Tổng lượng các tác nhân ô nhiễm do một người hàng ngày sử dụng 80-300 lít nước đưa vào môi trường.Tuy nhiên trong thực tế khối lượng trung bình tác nhân ô nhiễm do con người ở các điều kiện sống khác nhau. Hàm lượng tác nhân gây ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải. 1.2.2.2. Nước thải công nghiệp Tuy về lưu lượng nước thải công nghiệp thường nhỏ hơn so với nước thải sinh hoạt nhưng lại là nguồn quan trọng làm ô nhiễm nguồn nước với các chất độc hại như kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ với hàm lượng cao. Hàm lượng BOD, COD cao làm giảm lượng oxy hoà tan trong nước ảnh hưởng đến các sinh vật và hệ sinh thái. Các nhà máy xí nghiệp không trang bị hệ thống nước thải, kỹ thuật, trang thiết bị và công nghệ cũ kỹ, lạc hậu đã làm tăng chất thải và nước thải bị ô nhiễm cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn cho phép. Các chất hữu cơ như chất tẩy rửa tổng hợp, sản phẩm lưu hoá cao su, glixerin... là những hợp chất hữu cơ bền vững thậm chí còn có thể tiêu diệt những vi sinh vật phân huỷ, tác nhân thực hiện quá trình tự làm sạch nguồn nước. Nước thải các nhà máy chế biến lương thực thực phẩm như nhà máy bia, rượu, đường, bánh kẹo, đồ hộp... chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao và BOD cao tới hơn 1000 mg/l, hàm lượng các chất cặn lơ lửng cao và Nitơ amoni tương đối cao. Các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm và giấy, bột giấy chứa lignin là chất làm cho Xenlulo không phân huỷ được, pH, BOD, COD cũng cao. Nước thải từ các trạm xăng dầu, các nhà máy bóng đèn phích nước cũng là chất rất độc hại với các vi sinh vật sống trong nước. Nước thải từ các nhà máy, xưởng sản xuất phân bón chứa hàm lượng Amoni, Phospho cao, tạo ra hiện tượng tảo phát triển mạnh (hiện tượng phú dưỡng). Amoni với nồng độ cao còn gây độc hại cho cá. Nhà máy pin, xí nghiệp ngành điện tử còn thải ra các hợp chất chứa thuỷ ngân, chì, Crom rất độc cho hệ sinh thái. Các chất này tồn tại lâu dài trong tự nhiên hoặc tích tụ ở các động vật bậc cao và gây độc với con người. Nhiều nhà máy xí nghiệp mới nhập các công nghệ mới từ nước ngoài lại tự cho phép bỏ qua hệ thống xử lý nước thải và chất thải. Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành sản xuất. Nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm (đường, sữa, thịt, tôm, cá...) chứa nhiều hữu cơ dễ bị phân huỷ; nước thải của xí nghiệp thuộc da còn có kim loại nặng, sulphua; nước thải của xí nghiệp ắcquy có nồng độ axit, chì cao... 1.2.2.3. Nước thải từ hệ thống nông nghiệp Nước từ các cánh đồng lúa màu, các vườn rau hoa cây cảnh mang theo một lượng lớn các hoá chất sử dụng trong nông nghiệp. Các loại phân bón hoá học làm giàu Amoni và Phospho cho nước thải gây nên tình trạng phú dưỡng cho các ao, hồ. Đặc biệt một số loại thuốc trừ sâu chứa các chất hữu cơ độc hại và một số chứa Asen, Crom cũng rất độc cho hệ sinh thái. Nông dân vùng ven nội thành có thói quen dùng phân tươi tưới cho rau quả ảnh hưởng xấu đến vệ sinh thực phẩm. 1.2.2.4. Sự ô nhiễm từ các bãi rác và các chất thải rắn Nước mưa đưa các chất thải rắn từ các phố phường nhất là các bãi rác vào nguồn nước mặt đồng thời ngấm các chất bẩn vào nguồn nước ngầm gây ảnh hưởng tới chất lượng nước mặt và nước ngầm ở thành phố. Lượng chất thải rắn và hàng chục tấn phân tươi từ các hố xí hai ngăn, các bãi rác không hợp vệ sinh và lượng rác tồn đọng trên phố phường cũng góp phần đáng kể cho sự ô nhiễm môi trường trong đó có ô nhiễm nguồn nước. Các rác thải độc hại như rác thải từ các bệnh viện hay từ các nhà máy không được phân loại và xử lý là nguồn gây ô nhiễm rất nguy hiểm. 1.2.2.5. Nước thải từ bệnh viện Nước thải từ các bệnh viện không qua khâu xử lý thải ra hệ thống cống rãnh chung là nguồn ô nhiễm độc hại. Vì lý do thiếu kinh phí nên ít bệnh viện ở các nước đang phát triển chú trọng lắp đặt hệ thống xử lý nước thải, cá biệt có nơi xin tài trợ để xây dựng trạm xử lý nhưng lại không có kinh phí để duy trì hoạt động và sửa chữa. Ngoài ra, hệ thống thoát nước khu vực kém nên trạm xử lý không được sử dụng. 1.2.3. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ HỒ SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI Hồ sinh học được sử dụng trước khi hình thành ngành kỹ thuật xử lý nước thải. Hàng mấy thế kỷ nay, hồ được sử dụng để chứa và xử lý nước thải các khu dân cư, trại chăn nuôi. Tuy nhiên mãi đến vài chục năm gần đây, khi ngành kỹ thuật xử lý nước thải phát triển, các thuật ngữ chuyên môn về hồ sinh học như: thể tích cần thiết, tiêu chuẩn tải chất hữu cơ (tải trọng theo BOD5), thời gian nước lưu lại v.v... được hình thành và người ta cũng đưa ra được một số chỉ tiêu thiết kế về hồ sinh học. Năm 1901 ở thành phố San Antonio (Mỹ), Tex đã thiết kế một hồ chứa 275 ha với chiều sâu 1,4m. Hồ này ngày nay vẫn được sử dụng hoàn toàn và có tên là hồ Mitcheli. Tiếp theo các nghiên cứu thực nghiệm về hồ sinh học ở các bang Texas, California, Bắc Dakota..., ở Mỹ người ta đã bắt đầu sử dụng các hồ để xử lý nước thải. Tuy nhiên, ba bốn chục năm trước đây, việc sử dụng các hồ để xử lý nước thải bị coi là thứ yếu. Người ta chỉ sử dụng các ao hồ tự nhiên để làm hồ chứ chưa chú ý đến việc thiết kế xây dựng thực sự. Mãi đến năm 1929 người ta mới xây dựng được một hồ sinh học đầu tiên ở Bắc Dakota vì ở gần đó không có sông. Hồ này hoạt động được gần 30 năm. Trong thời gian đại chiến thế giới lần thứ hai, quy trình thực nghiệm được chuyển cho Mỹ[20]. Ở Liên xô cũ, từ thời Nga hoàng Stroganov X.N. cũng đã thiết kế các loại hồ hoạt động liên tục không pha loãng nước sông. Đấy là các hồ nhỏ 4-6 bậc. Bậc 1và bậc 2 là các vùng nhiễm bẩn Polysaprobic. Các bậc còn lại là vùng anpha và bêta mezosaprobic, từ bậc 4 trở đi cho phép nuôi cá (O2 tăng). Hiện nay hồ loại này vẫn được sử dụng ở Bacu, Minska, Matscơva... Những nghiên cứu về cấu tạo và biện pháp quản lý sử dụng hồ sinh học được tiến hành cùng với sự phát triển của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác của xã hội. Việc thiết kế, xây dựng các hồ sinh học trở nên cần thiết đối với vùng Tây Nam Mỹ, Châu Âu... Với việc sử dụng hồ sinh học ở Bắc Dakota [20] năm 1929 đánh mốc đầu tiên của kỹ thuật xử lý nước thải trong hồ sinh học. Giai đoạn thứ hai từ năm 1940 đến 1950, người ta đã bắt đầu chú ý đến việc nghiên cứu các chỉ tiêu thiết kế hợp lý cho hồ sinh học. Năm 1948, tại Hội nghị Y tế Quốc gia ở Mỹ, người ta đề nghị sử dụng hồ sinh học một cách rộng rãi hơn. Những nghiên cứu về hồ đươc công bố rộng khắp là sau 1950: như Gotaasetal (1954), Hermann và Gloyna (1958), Wenstrom (1955), Town (1957), Parkor (1959), Hội nghị phục vụ Y tế Mỹ (1961), Vin-bec G. G (Liên Xô cũ )... Trên cơ sở các nghiên cứu cơ bản về hồ sinh từ năm 1955 trở đi, nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng hồ sinh học để xử lý nước thải thành phố và nước thải công nghiệp. Theo số liệu của Porges và Mackenchum [20], năm 1962 ở Mỹ có tới 1647 hồ sinh học được dùng để xử lý nước thải thành phố và có thể có xấp xỉ số đó nữa để xử lý nước thải công nghiệp. Ở Israel, người ta coi hồ sinh học là một công trình để xử lý nước thải cho vùng dân cư một triệu dân (sử dụng cả hồ kỵ khí và hồ kỵ khí tuỳ tiện). Với điều kiện thiên nhiên cho phép, các nước nhiệt đới (hầu hết là các nước đang phát triển) chú trọng việc sử dụng hồ sinh học vào các mục đích: xử lý nước thải, chống ô nhiễm môi trường, nuôi cấy tảo làm thức ăn cho cá và nước thải sau khi được xử lý được dùng để tưới ruộng. Trong thời gian từ năm 1964 đến 1967, Hội y tế Quốc tế đã điều tra tổng quan về mức độ sử dụng hồ để sử lý nước thải và những vấn đề liên quan tới hoạt động của hồ. Báo cáo của tổ chức Y tế Quốc tế cho biết hiện nay có trên 40 nước sử dụng hồ sinh học để xử lý nước thải. Ở Ấn Độ, hiện nay 35 trạm xử lý nước thải có hồ sinh học. Tải trọng của các hồ sinh học này dao động từ 22-440 kg BOD5/ha.đầu người. Tuỳ thuộc điều kiện khí hậu, mỗi ha hồ có thể phục vụ 5000-10000 dân, hồ có chiều sâu 1-2 m, hiệu suất xử lý của hồ tới 85% theo BOD5. Ở Nam Phi người ta dùng hồ sinh học nhiều đợt để xử lý nước thải. Theo Shewtal [20], từ năm 1962 người ta đã đưa ra được các chỉ tiêu thiết kế. Hồ sinh học được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt đã qua lắng và hoà lẫn với nước thải công nghiệp. Ở những nơi tiêu chuẩn cấp nước thấp, người ta dùng hồ sinh học kỵ khí, tuỳ tiện để xử lý nước thải. Tiêu chuẩn thiết kế là 2740 người/1ha/hồ. Hồ sâu 60-150cm. Ở Tân Tây Lan, người ta dùng những hồ tự nhiên nhỏ để làm hồ sinh học đáng chú ý là hồ Manukan Sewage Seheme. Hồ rộng 530 ha, dùng để xử lý nước thải qua lắng. Tải trọng tối thiểu của hồ là 224 kg BOD5 / ha.đầu người. Ở Trung và Nam Mỹ (Braxin, Colombia, Peru... ) người ta sử dụng nhiều hồ sinh học tuỳ tiện. Tiêu chuẩn thiết kế là 1 ha hồ cho 3000 người dân (tương đương với tải trọng theo BOD5 là 230 kg/ha.đầu người). Hồ sinh học còn được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, nơi có khí hậu ôn đới và hàn đới. Ở Áo, người ta đã tiến hành nghiên cứu chi tiết về hồ xử lý hai bậc (Parkeretal 1950). Trong năm 1947 đã có 28.000-90.000 m3 nước thải được xử lý ở hồ sinh học. Hiệu suất xử lý theo BOD5 đạt tới 70-85%, cặn 30-40%. Ngoài ra, ở Châu Âu hồ sinh học được sử dụng để nuôi cá và xử lý nước thải từ các điểm dân cư nhỏ và nước thải công nghiệp. Hồ sinh học thổi khí được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải các ngành công nghiệp hoá chất; chế biến dầu, hoá gỗ và giấy, luyện kim. Đa số các hồ đóng vai trò là hồ sinh học xử lý triệt để, cấp nước tuần hoàn cho công nghiệp. Một trong những hướng nâng cao hiệu suất kinh tế và hiệu suất xử lý nước thải của hồ là nuôi cấy các loài tảo có hàm lượng dinh dưỡng cao (Chlorella, Spirulina... ) trong hồ để làm thức ăn nuôi cá, cho động vật và làm sạch nước. Nhiều nghiên cứu cho thấy trong hồ sinh học thổi khí, tảo có khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh, oxy do tảo giải phóng được dùng để oxy hoá các chất hữu cơ hoà tan có nguồn gốc từ cặn bã phân huỷ. Sinh khối tảo giàu protein. Trong hồ sinh học nuôi tảo, vi khuẩn gây bệnh giảm đi 99,9%. Ở Anh người ta tiến hành nghiên cứu và ứng dụng nuôi cấy Spirulina Maxima trong nước thải sau khi qua xử lý ở bể thổi khí (Aeroten). Mục đích của quá trình này là xử lý triệt để nước thải và nuôi tảo làm nguồn protein. CO2 được cung cấp từ các trạm nhiệt do đốt CH4 thu hồi từ quá trình lên men cặn. Việc kết hợp hồ sinh học nuôi cấy tảo và nuôi cá được áp dụng rộng rãi ở Bungari, Trung Quốc, Liên Xô cũ v.v... Ở Trung Quốc ngay từ thế kỷ 19 người ta đã dùng hồ sinh học để nuôi cá. Năm 1993 ở Nhật Bản, Kaoru Abe và Yasuo Ozaki đã nghiên cứu sử dụng 20 loại thực vật ở cạn và ở nước để xử lý nước thải. Thực vật được trồng vào các dọ đất rồi đặt vào các kênh cho nước thải đi qua. Kết quả là các hợp chất nitơ và photpho được phân huỷ. Sinh khối của thực vật được người ta thu hồi, sử dụng để làm thức ăn, làm thuốc, làm giấy, làm rau và lấy hoa. Cũng trong năm 1993, Yasuo Ozaki và một số tác giả khác đã nghiên cứu sử dụng trạm xử lý chung kết hợp với các kênh lọc địa sinh học (plant-bed-filter) để xử lý nước thải sinh hoạt. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hàm lượng nitơ trung bình của nước thải sinh hoạt trong hệ thống xử lý nước thải chung đã giảm từ 10,88mg/l xuống 0,61mg/l. Một số tác giả khác như Akira Miyazaki, Waichi Agata, Fumitake Kubota, Yuriko Matsuda ở khoa nông nghiệp, Đại học Kyushu Fukuoka, Nhật Bản đã nghiên cứu làm sạch nước bằng hệ thống thực vật nước mọc nổi. Ở Trung Quốc, Xiangfu Song-Viện nghiên cứu lúa Quốc gia ở Hangzhou đã nghiên cứu về hiệu quả làm sạch nước thải của 5 loài thực vật ở nước. Kết quả cho thấy hàm lượng COD, Phospho và Nitơ tổng số ở hồ có thả thực vật thấp hơn ở hồ kiểm tra. Điều đó chứng tỏ rằng hệ thống thực vật nước mọc nổi có tác dụng làm sạch nước thải. Quản lý thực vật ở nước là một vấn đề đang được quan tâm ở Indonexia. Các phương pháp đước áp dụng trong việc quản lý thực vật là: kiểm soát vật lý (đốt cháy), kiểm soát cơ học (thu dọn bằng thủ công), kiểm soát hoá học (thuốc diệt cỏ, chủ yếu là 2,4D), và kiểm soát sinh học (một số loài cá ăn cỏ). Tóm lại, hồ sinh học được ứng dụng từ lâu và ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nhiều vùng trên thế giới. Hồ được sử dụng ở các vùng khí hậu khác nhau, từ vùng nhiệt đới (Nam Phi, Ấn độ) đến vùng hàn đới (Canada, Alasca, khi nhiệt độ xuống-19OC ), và ở các nước có điều kiện kinh tế khác nhau. Hồ được dùng để xử lý nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp với các mục đích chống ô nhiễm môi trường, bổ xung cho nước công nghiệp, tưới ruộng. Hồ còn được sử dụng để nuôi cấy tảo cung cấp Protein cho cá và các động vật khác... Tuy nhiên, quá trình xử lý nước thải còn phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên. Hiện nay chưa có chỉ tiêu thiết kế chung cho hồ sinh học. Hầu hết các hồ sinh học được thiết kế xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm, hoặc nghiên cứu thực nghiệm đối với các loại nước thải cụ thể trong các điều kiện cụ thể. Việc sử dụng các ao hồ tự nhiên để làm hồ sinh học xử lý nước thải còn gặp nhiều khó khăn do nhiều yếu tố tự nhiên tác động, do quản lý khó khăn. Vấn đề nuôi cấy tảo để xử lý nước thải, bổ xung nguồn protein còn nan giải do công nghệ thu hồi và bảo quản sinh khối tảo khá đắt (75% giá thành). 1.3. NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỒ SINH HỌC Ở VIỆT NAM Việt nam có khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho việc sử dụng hồ sinh học để xử lý nước thải và nuôi cá. Nhưng thực tế cho đến nay ở Việt Nam chưa có hồ sinh học nào được xây dựng hoàn chỉnh. Trong điều kiện nước ta, hồ sinh học có thể là công trình xử lý nước thải có hiệu xuất xử lý cao, hiệu quả kinh tế lớn và có khả năng xây dựng vì: - Điều kiện khí hậu thích hợp cho sự hoạt động của các loại vi khuẩn, tảo phân giải chất hữu cơ. - Hồ sinh học có thể kết hợp nuôi cá và nuôi tảo làm thức ăn cho cá. Sản lượng cá sẽ tăng. - Có thể sử dụng các ao hồ tự nhiên sẵn có để làm hồ sinh học. Mặt khác môi trường nước thải sinh hoạt và nước thải một số ngành công nghiệp rất thích hợp với sự phát triển các loại tảo giàu dinh dưỡng. Nuôi cấy tảo để làm thức ăn bổ xung cho động vật và người trong môi trường nước thải trong điều kiện nước ta rất hợp lý. Tận dụng nguồn nước thải vào các mục đích kinh tế là một hướng nghiên cứu mới đặt ra cho các nhà sinh thái học Việt Nam. Trên cơ sở các nghiên cứu của Viện khoa học Việt Nam, và một số cơ quan khác, dựa vào kinh nghiệm quản lý và xây dựng một số hồ sinh học có thể kết luận được rằng: điều kiện tự nhiên xã hội nước ta cho phép nghiên cứu xây dựng và sử dụng các hồ sinh học để xử lý nước thải, nuôi tảo, nuôi cá và làm hồ công viên. Nhiệm vụ của các nghiên cứu về sinh thái học và công nghệ hồ sinh học ở nước ta là: - Nghiên cứu khả năng sử dụng hồ sinh học trong điều kiện Việt Nam để tìm ra các thông số tính toán xây dựng và sử dụng hồ vào các mục đích xử lý nước thải, phục vụ nuôi cá, tưới ruộng. - Nghiên cứu việc nuối cấy các giống tảo giàu dinh dưỡng trong môi trường nước thải, chống ô nhiễm môi trường và làm thức ăn nuôi cá. - Nghiên cứu sinh thái của các hồ sinh học xử lý nước thải nuôi cá, phục vụ nông nghiệp. - Nghiên cứu các biện pháp hạn chế các yếu tố bất lợi và tận dụng các yếu tố thiên nhiên thuận lợi. Để thực hiện các nhiệm vụ trên, trong thời gian vừa qua ở nước ta đã có một số nghiên cứu sau: - Trong đề tài “Sử dụng bèo lục bình để xử lý nước thải của nhà máy dầu thực vật”, Nguyễn Trung Việt đã thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu quả của bèo lục bình trong qúa trình xử lý nước thải chứa dầu thực vật. Kết quả thí nghiệm cho thấy: hiệu quả xử lý dầu đạt từ 92,7-97,9% và COD đạt từ 84,4-98,8%. - Đề tài “Xử lý nước thải bằng hồ sinh học với sự tham gia của tảo và lục bình ở Việt Nam” của Lâm Minh Triết và J.C.L Van Buuren có sự hợp tác giữa Trung tâm Nước-Môi truờng Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh với Đại học Nông nghiệp Wageningen-Hà lan. Kết quả nghiên cứu quá trình xử lý nước thải lò giết mổ và chế biến thịt heo chứng tỏ rằng: Hồ sinh học với sự tham gia của bèo lục bình và tảo có khả năng làm giảm đáng kể hàm lượng BOD5, COD và chất lơ lửng. Đặc biệt là hồ sinh học với sự tham gia của tảo rất thích hợp để làm giảm đáng kể lượng Coliform. - Đề tài “ Vai trò của thực vật trong quá trình xử lý nước thải” nghiên cứu sử dụng một số loài thực vật nước như bèo lục bình, tảo chlorella, rau muống, rau ngổ...để xử lý nước thải. Các loài thực vật này sử dụng CO2 đồng thời cung cấp oxy cho vi sinh vật. Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải hồ sinh học còn có thể đem lại những lợi ích sau: - Nuôi trồng thuỷ sản - Nguồn nước để tưới cho cây trồng - Điều hoà dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị Ở nước ta, hồ sinh học chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong các biện pháp xử lý nước thải vì có nhiều thuận lợi: - Không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư - Bảo trì vận hành đơn giản, không đòi hỏi có người quản lí thường xuyên - Hầu hết các đô thị đều có nhiều ao hồ hay khu ruộng trũng có thể không cần xây dựng thêm. Có nhiều điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc nuôi trồng thuỷ sản và điều hoà nước mưa. 1.4. VÀI NÉT VỀ TÌNH HÌNH MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ở VIỆT NAM Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm từ 23-27O C, với số giờ nắng từ 2000-3000h/năm, rất thích hợp cho sự phát triển của các loài thuỷ sinh vật [15]. Việt Nam nằm ở Đông Nam Châu Á, với diện tích 330.363 km2. Trên lãnh thổ có khoảng 2.260 con sông có chiều dài trên 10 km, trong đó sông Hồng và sông Mekông là lớn hơn cả. Mật độ sông khoảng 0,15-0,16 km/km2. Tổng chiều dài các suối là 52.000 km. Việt Nam là một nước nghèo, thu nhập bình quân đầu người thấp, chủ yếu dựa vào nông nghiệp, công nghiệp chưa phát triển, nhìn chung đô thị còn ở mức trung bình và nhỏ nên vấn đề ô nhiễm chưa trầm trọng như một số nước khác trên Thế Giới. Tuy nhiên do công nghệ sản xuất còn lạc hậu, ý thức con người kém, sự quản lý lỏng lẻo dẫn đến ô nhiễm cục bộ, nhiều khu vực bị suy thoái nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ cộng đồng. Gần đây với cơ chế đổi mới kinh tế và mở cửa, một số nhà máy được phục hồi, nhiều cơ sở liên doanh với nước ngoài được hình thành. Nhìn chung, phần lớn máy móc và công nghệ sản xuất chưa hiện đại gây ra hậu quả là lượng chất thải ra môi trường khá lớn. Đặc biệt là thành phần kinh tế tư nhân phát triển mạnh kéo theo sự ra đời của hàng loạt các xí nghiệp loại vừa và loại nhỏ tại các đô thị, trong khi đó vấn đề quản lý môi trường ở các cơ sở này gặp rất nhiều khó khăn. Đô thị hoá và công nghiệp hoá là một vấn đề quan trọng gây ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam hiện nay có khoảng 500 đô thị với tổng số dân trên 14 triệu người, lượng nước thải sinh hoạt tạo ra gần 1,4-1,5 triệu m3/ đầu người. Hiện nay các thuỷ vực ở Việt Nam đang bị xuống cấp nghiêm trọng do hệ thống thoát nước của thành phố và các chất thải công nghiệp, bệnh viện không qua xử lý chảy thẳng vào các sông ngòi, ao hồ. Thành phố Hà Nội hàng ngày thải ra khoảng 300.000 m3 nước thải, Thành phố Hồ Chí Minh 500.000 m3. Các kết quả kiểm tra chất lượng nước thải của một số nhà máy lớn ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Việt Trì trong nhiều năm gần đây cho thấy rằng, các chỉ tiêu hầu hết đều vượt quá mức độ cho phép làm cho nước các sông hồ gần đó ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng[12]. Bảng1: Đặc điểm nước thải của một số nhà máy lớn ở Hà Nội S T T Tên nhà máy Lưu lượng m3/24h BOD5 mg/l COD mg/l Các chất bẩn đặc trưng Điểm xả 1 Bia Hà Nội 3000 150 290 Cặn,Cao bia Mương Đại Yên 2 Rượu Hà Nội 6000 350 675 Bã rượu MươngTrần Khát Chân 3 Dệt 8/3 10.000 80 250 Các chất tẩy,nhuộm Sông Kim Ngưu 4 Cao su Sao vàng 5.000 140 380 Các chất lưu hoá Sông Tô Lịch 5 Xà phòng Hà Nội 5.000 35 295 Xút,các chất hoạt động bề mặt Sông Tô Lịch 6 Pin Văn Điển 2.000 28 65 Mangan sắt,chì Sông Kim Ngưu Trong đó nước thải từ sản xuất công nghiệp 85-90.000m3. Nói chung tất cả các chất thải đều không qua xử lý nên gây ô nhiễm, chỉ số BOD5 và COD vượt chỉ tiêu cho phép hàng trăm lần. Các chất NH4+, NO2-, NO3- cũng vượt quá quy định cho phép hàng chục lần (Lê Văn Khoa,1995). Sức khoẻ người dân nhất là ở thành phố và các khu công nghiệp đang bị đe doạ do nguồn nước sinh hoạt không an toàn, hệ thống thoát nước cũ và dò rỉ, việc thu gom rác kém hiệu quả. Ở Việt Nam chỉ có 23% dân cư thành phố sử dụng n._.hà vệ sinh nối liền với cống rãnh. Số còn lại sử dụng hố xí hai ngăn, hay hố xí tự đào nổi ngay trên mặt đất gây nên ô nhiễm nước mặt và các mạch nước ngầm. Việt Nam có khoảng 3.000 xí nghiệp công nghiệp quốc doanh, gần 22.000 cơ sở sản xuất tập thể và 335.000 cơ sở sản xuất tiểu thủ công và cá thể [16]. Một trong những thành phố công nghiệp tập chung là thành phố Việt Trì với hàng chục nhà máy, mỗi giờ đổ vào nguồn khoảng 7.000m3 nước thải không qua xử lý, làm ô nhiễm cả một đoàn sông Hồng dài tới 20 km. Năm 1971, ở sông Cầu khu vực Thái Nguyên, nước thải nhà máy giấy xả ra một khối lượng Xenlulo rất lớn phủ dày tới vài mét ở đáy sông hoặc dồn lại thành đống gây trở ngại lớn cho giao thông đường thuỷ. Đồng thời lớp Xenlulo phủ đáy sông trên từng quãng dài tới vài km, làm các sinh vật đáy không phát triển được hoặc lơ lửng trong tầng nước gây ảnh hưởng tới các sinh vật khác. Trong nông nghiệp, thuốc trừ sâu diệt cỏ được sử dụng ngày càng nhiều trên quy mô rộng lớn, dư lượng của chúng tích luỹ trong cơ thể thuỷ sinh vật và trong môi trường đã trở thành các tác nhân gây độc cho người và động vật sử dụng tiếp theo. Nước còn có thể bị nhiễm các chất phóng xạ từ các viện nghiên cứu hạt nhân, phòng thí nghiệm và bệnh viện gây ra những căn bệnh nguy hiểm cho con người. Ngoài ra nước còn bị ô nhiễm nhiệt dẫn đến việc làm giảm lượng oxy hoà tan, làm thay đổi khu hệ thuỷ sinh vật, thay đổi thành phần loài và phát triển các loài ưa nóng. CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG BÈO TẤM, BÈO TÂY, HỆ THỐNG LỌC QUA HÀO ĐẤT TRONG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 2.1. SỬ DỤNG CÂY BÈO TẤM, BÈO TÂY TRONG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Một số loài thực vật bậc cao như bèo tây hay còn gọi là bèo Lục Bình; bèo Nhật bản, bèo tấm (Duck weed) sống trong nước có khả năng làm sạch các chất bẩn trong nước hồ. Sự có mặt của chúng trong nguồn nước sẽ tạo nên môi trường giàu oxy hơn, làm tăng nhanh quá trình Nitrat hoá và quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước bẩn. Dưới ảnh hưởng của quá trình quang hợp, thực vật nước sẽ hấp thụ C02 và tạo ra một lượng oxy đáng kể. Điều đó góp phần làm ổn định chế độ oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hiếu khí đối với chất bẩn hữu cơ. Bộ rễ của bèo tấm, bèo tây đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý các chất bẩn. Chúng giữ lại và lọc sạch các hạt nhỏ vô cơ, chất lơ lửng, các chất dạng keo và nhũ tương. Bộ rễ của chúng hình thành trong môi trường tự nhiên với các điều kiện thích hợp cho các vi sinh vật phát triển để sau đó thực hiện quá trình oxy hoá sinh hoá các chất bẩn hữu cơ bị bộ rễ giữ lại. Ngoài ra chúng còn có khả năng loại bỏ các hợp chất độc hại chứa trong nước thải bằng cách chuyển hoá các chất đó qua mô của chúng. Dùng thực vật thuỷ sinh bậc cao để xử lý nước thải vừa có tác dụng làm sạch nước sông hồ, giá thành xử lý rẻ, không để lại độc hại cho môi trường đồng thời sinh khối của thực vật có thể sử dụng cho mục đích chăn nuôi hoặc làm nguyên liệu cho một số ngành sản xuất. Khả năng xử lý nước thải của các thực vật thuỷ sinh đã được chứng tỏ bằng việc quan sát ở các vùng nước gây ô nhiễm, bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, ở Pilót và trong thực tế ở các hồ sinh học tưong ứng hoặc trên kênh rạch (Lâm Minh Triết, 1998). 2.1.1. SINH HỌC CÂY BÈO TẤM Bèo tấm (Duckweed) được xếp vào loại thực vật bậc cao, sống nổi trên mặt nước hoặc bám nơi đất bùn mang một chùm rễ dài nhỏ ở phía dưới. Lá mầu xanh hình tròn nhỏ, thân lá gắn liền với rễ. Bèo tấm là loại cây dễ tính phàm ăn, bất cứ ao hồ nào cũng sống được. Sinh sản chủ yếu bằng con đường vô tính, chỉ cần thả một đám nhỏ bèo đủ để trong khoảng thời gian ngắn bèo đã lan ra khắp mặt ao đầm. Bèo tấm sẽ tăng thêm nguồn oxy cho quá trình quang hợp đồng thời rễ của bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩy quá trình oxy hoá. Ngoài tác dụng làm sạch nguồn nước ở những nơi chúng mọc, bèo có khả năng làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. Bèo tấm còn được dùng làm phân xanh bón ruộng, làm thức ăn cho cá. 2.1.2. SINH HỌC CÂY BÈO TÂY Bèo tây thuộc họ bèo Lục Bình là cây thân thảo sống nhiều năm trên mặt nước hoặc bám nơi đất bùn, mang một chùm rễ dài và rậm ở phía dưới, có kích thước thay đổi tuỳ theo môi trường sống có nhiều hay ít chất mầu. Lá mọc thành hoa thị, có cuống xốp phồng lên thành phao nổi. Cụm hoa hình bông hay chuỳ ngọn thân dài 15cm hay hơn nữa; mầu hoa rất sặc sỡ, hoa không đều mẫu nhạt hoặc tím. Bèo tây cũng là loại cây dễ tính phàm ăn, bất cứ ao hồ nào cũng sống được. Bèo sinh sản bằng con đường vô tính là chủ yếu và có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 10-40oC, nhưng mạnh nhất ở nhiệt độ 20-23oC. Vì vậy, với khí hậu thích hợp như nước ta bèo sống quanh năm. Ở nước ta, bèo tây được sử dụng với nhiều công dụng khác nhau: bèo được sử dụng làm phân xanh bón ruộng, làm chất độn ủ phân chuồng và đặc biệt làm thức ăn hoặc nấu chín cho lợn ăn, làm thức ăn cho cá. Ở Trung Quốc, bèo tây được ủ lên men làm thức ăn nuôi cá. Ở Nhật Bản, người ta còn dùng làm giấy và ép thành một thứ bìa nhẹ và cứng. Ngoài ra, bèo tây còn được dùng làm thuốc, có tác dụng chữa sưng tấy hoặc viêm đau. Gần đây, người ta phát hiện thêm ở bèo còn có hai lợi ích khác: - Cung cấp năng lượng: Dùng vi khuẩn cho bèo lên men: 1kg bèo sẽ cho 0,3m3 khí mêtan, bã bèo sau khi lên men có thể dùng làm phân bón. -Bèo làm sạch nguồn nước: Bèo làm sạch nguồn nước ở những nơi chúng mọc, có khả năng làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. Chỉ cần 1/3 ha bèo mỗi ngày đủ để lọc trong 2225 tấn nước bị ô nhiễm các chất thải sinh học và các hoá chất. Nó còn loại được các kim loại nặng. 2.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HỆ THỐNG LỌC QUA HÀO ĐẤT Hào đất là hào tự tạo dùng để lọc nước (cho nước thải chảy qua). Trong phạm vi luận văn này, hào được làm bằng gỗ bên trong lót nilông để tránh bị rò gỉ nước ra ngoài. Chiều dài của hào đất khoảng 1m2, chiều ngang khoảng 60cm. Bên trong hào đất có 5 ngăn: đá dăm-sỏi nhỏ-cát pha đất-sỏi nhỏ-đá dăm. Hai đầu của hào đất đều có đường ống đưa nước vào và đường ống dẫn nước ra. Đầu tiên, nước thải đã qua xử lý bằng hồ sinh học được đưa vào hệ thống bằng ống dẫn nhựa qua lớp đá đầu tiên, tiếp đến là lớp sỏi rồi đi vào lớp giữa là lớp đất pha cát , tiếp theo là đi qua lớp sỏi và cuối cùng là đi qua lớp đá sau đó nước đi ra bằng đường ống dẫn là nước sạch được xử lý. Hệ thống lọc qua hào đất có tác dụng làm trong nước, loại bỏ các vi khuẩn. Các chất hữu cơ và vô cơ được loại bỏ nhưng không đáng kể, chủ yếu là loại vi khuẩn và làm trong nước. Nước thải được đưa vào hệ thống hào đất, nó lần lượt đi và thấm qua các lớp vật liệu, khi đó vi khuẩn và các cặn lơ lửng đựoc giữ lại và làm trong nước. 2.3. SỰ PHÂN HUỶ CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC Trong nước, đặc biệt là nước thải, hoạt động của vi sinh vật rất mạnh mẽ. Các vi sinh vật ở đây chủ yếu là vi sinh vật dị dưỡng hoại sinh. Chúng phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan vào nước ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí để có các hợp chất xây dựng tế bào, tăng sinh khối và một số sản phẩm khác cùng với năng lượng được giải phóng. *Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí: Khi xả nước thải giầu chất hữu cơ vào ao, hồ chứa, vi sinh vật sẽ phát triển rất nhanh. Tốc độ phát triển nhanh của chúng làm giảm nồng độ oxy hoà tan vì oxy cần cho các phản ứng phân huỷ các chất hữu cơ của các vi sinh vật hiếu khí dị dưỡng. Kết quả là các chất dinh dưỡng trong nước giảm dần. Trong quá trình hoạt động sống của vi sinh vật, thực vật phù du hạ đẳng-vi tảo và tảo, các thực vật nổi, các động vật nguyên sinh... sẽ làm giảm đi các chất dinh dưỡng, các chất khoáng, kể cả kim loại độc và do vậy nước sẽ dần dần được làm sạch. Đó chính là quá trình tự làm sạch của ao, hồ và sông. Ở đây, ta thấy vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ; chúng có khả năng phân huỷ bất kỳ loại chất hữu cơ nào có trong thiên nhiên; chúng là nguồn thức ăn cho các sinh vật ở mức dinh dưỡng bậc cao tiếp theo. Qúa trình phân huỷ chất hữu cơ trong nước ao hồ dựa trên quan hệ cộng sinh của toàn bộ quần thể sinh vật có trong nước, trong đó vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu. Phần không tan của các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải sẽ lắng xuống đáy ao hồ tạo thành bùn, phần hoà tan sẽ được hoà loãng trong khối nước. Từ mặt thoáng tới đáy hồ ta có thể chia thành các khu vực hoạt động của các vi sinh vật nước như sau: phần gần tiếp giáp với mặt thoáng sâu xuống khoảng non nửa của ao hồ là vùng hiếu khí, phần tiếp theo là vùng kỵ khí tuỳ tiện và cuối cùng là phần đáy là vùng kỵ khí. Ở vùng hiếu khí, oxy phân tử không khí luôn luôn có chiều hướng khuếch tán vào nước, hơn nữa còn có gió tạo sóng làm cho oxy dễ hoà tan hơn. Ở vùng này ban ngày dưới ánh sáng mặt trời tảo, các loài thực vật nước và các loài vi sinh vật tự dưỡng sử dụng CO2 (Một phần có trong nước và một phần do khuếch tán từ không khí vào nước), các ion sulphat, phosphat cùng với các chất vô cơ và nước tổng hợp tạo thành các vật chất tế bào phục vụ cho sinh trưởng tăng sinh khối, đồng thời thải oxy vào nước làm cho nước tăng lượng oxy hoà tan. Các vi sinh vật hiếu khí trước hết là vi khuẩn, sử dụng nguồn oxy hoà tan ở trong nước kể cả phần do tảo và thực vật nước sinh ra để phân giải các chất hữu cơ có ở trong nước. Ở vùng hiếu khí và kỵ khí tuỳ tiện với khu hệ vi sinh rất phong phú hoạt động của chúng rất mạnh. Chúng ta thấy có các giống vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium... các vi khuẩn này phân giải các chất hữu cơ ở mức độ khác nhau tạo thành các hợp chất trung gian có thể một số hợp chất này được chúng đồng hoá để xây dựng tế bào mới, phục vụ cho sinh truởng và tăng sinh khối. Ở vùng này các vi sinh vật nitrat hoá sẽ oxy hoá amôn thành nitrit rồi thành nitrat trong điều kiện hiếu khí (Oxic). Các vi sinh vật khác, như Pseudomonas denitritficans, Bacillus licheniformis, Thiobacillus denitritficans sẽ khử nitrat thành nitơ phân tử (N2) và thải vào không khí trong điều kiện thiếu khí (Anoxic). Các hoạt động của vi khuẩn hiếu khí cho CO2 là một sản phẩm cuối cùng vào nước. Nguồn CO2 này bổ xung cho tảo, thực vật nước và vi sinh vật tự dưỡng phát triển. Sự tuần hoàn của nitơ trong tự nhiên nhờ hoạt động của các vi sinh vật được biểu diễn bằng sơ đồ dưới đây: Các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ Amôn hoá Đồng hoá NH4 Cố định N2 NH2OH N2 Nitrat hoá N2O (NOH) Phản Nitrat hoá NO NO2- Nitrat Phản Nitrat hoá hoá NO3- Quá trình nitrat hoá chủ yếu được thực hiện nhờ các loại vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc thuộc họ Nitro bacteriaceae. Điển hình của các vi khuẩn thuộc họ Nitro bacteriaceae là Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter. Các vi khuẩn này có tế bào hình gậy, hình cầu, hình elip, hình xoắn, không sinh bào tử. Các vi khuẩn nitrat hoá có thể phát triển được ở pH từ 5,5-9,0, pH tối ưu là 7,5. Quá trình nitrat hoá lại bị ức chế bởi nồng độ NH4 cao do NH4 phân ly thành NH3 và H+. Ngoài các vi khuẩn tự dưỡng ra, quá trình nitrat hoá còn được thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn dị duỡng có khả năng oxy hoá NH4 và các hợp chất hữu cơ thành NO2 và NO3 như Methylococcus capsulata. *Hoạt động của vi sinh vật kỵ khí: Dưới đáy ao hồ là vùng lắng cặn và bùn. Vùng này xảy ra qúa trình phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện không có oxy nhờ tập thể các vi sinh vật sống thích nghi ở điều kiện này -các vi sinh vật kỵ khí trước tiên là các axit hữu cơ, các dạng alcol và cuối cùng là NH3, H2S, CH4. Một trong những sản phẩm cuối cùng của quá trình là khí mêtan. Trong điều kiện kỵ khí khó phân giải được Lignin, vì trong điều kiện này nó khá bền vững và nó chỉ bị phân huỷ ở điều kiện hiếu khí mạnh mẽ. Phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí là rất chậm và khó tác động được vào các yếu tố của quá trình để tăng tốc độ phân huỷ. CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1. HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHUNG Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm các phương pháp (cơ học), hoá học và sinh học. Có thể chia ra làm ba bậc xử lý nước thải: - Xử lý bậc 1: Thông thường là các công trình xử lý lý học (cơ học) như: song chắn rác, bể lắng. Các công trình nhằm mục đích tách các chất không tan trong nước thải. Xử lý bậc 1 nhiều khi mang mục đích xử lý các chất ô nhiễm, tạo điều kiện phù hợp để đưa tiếp vào hệ thống xử lý tiếp theo. Ví dụ: Xử lý dầu mỡ, trung hoà nước thải... để tạo điều kiện cho biện pháp xử lý sinh học tiếp theo. Trong trường hợp này xử lý bậc 1 có thể là các biện pháp lý hoá. - Xử lý bậc 2: Xử lý bậc 2 là các công trình xử lý sinh học dùng để oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ còn lại dạng tan, keo, và không tan. - Xử lý bậc 3: Thường thực hiện theo yêu cầu xử lý chất lượng cao hơn. Đó là trường hợp phải áp dụng các biện pháp như triệt khuẩn, khử tiếp các chất bẩn còn lại như nitrat, phosphat, sunfat,... 3.1.1. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC Phương pháp này thường là giai đoạn xử lý bậc một ít khi là giai đoạn kết thúc quá trình xử lý nước thải. Các chất được loại bỏ có thể ở dạng vô cơ hay hữu cơ. Các phương pháp cơ học thường dùng là: - Lọc qua lưới - Lắng - Lọc cát - Xyclon thuỷ lực - Quay ly tâm 3.1.2. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HOÁ HỌC VÀ HOÁ LÝ a/ Phương pháp hoá học Cơ sở của phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học diễn ra giữa các chất bẩn với hoá chất cho thêm vào. Các phương pháp hoá học là: phương pháp oxy hoá, trung hoà và keo tụ. Thông thường đi đôi với trung hoà có kèm theo quá trình keo tụ và nhiều hiện tượng vật lý khác. Ngoài các phương pháp ozon hoá và phương pháp điện hoá học cũng thuộc phương pháp hoá học. Thực chất của phương pháp hoá học là nhờ các quá trình oxy hoá khử mà các chất bẩn độc hại được biến thành các chất không độc, một phần ở dạng lắng cặn, phần khác ở dạng khí dễ bay hơi. b/ Phương pháp hoá lý Các phương pháp hoá lý để xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình: - Keo tụ: là làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất bẩn ở dạng lơ lửng và kết chúng thành những bông có kích thước lớn hơn. - Hấp phụ: là tách các chất bẩn và khí hoà tan khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn. - Trích ly: là tách các chất bẩn hoà tan khỏi nước thải bằng dung môi, dung môi này không tan trong nước và độ hoà tan của chất bẩn trong dung môi phải cao hơn trong nước. - Chưng bay hơi: chưng nước thải để các chất độc hại hoà tan trong đó bay theo hơi nước. - Tuyển nổi: là loại các tạp chất bẩn khỏi nước bằng cách dùng tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước, sau đó loại khỏi nước thải. - Trao đổi ion: là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất trao đổi ion. - Tinh thể hoá: là loại các chất bẩn khỏi nước ở trạng thái tinh thể. - Đializ- màng bán thấm: dùng màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua (tách các chất tan khỏi các hạt keo). 3.1.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC 3.1.3.1. Giới thiệu một số biện pháp sinh học xử lý nước thải - Phương pháp xử lý hiếu khí, bao gồm các phương pháp bùn hoạt tính, ao hồ ổn định... - Phương pháp xử lý kỵ khí bao gồm phương pháp lên men axit, lên men mêtan, ao yếm khí, hệ xử lý UASB (Up- flow anaerobic sludge bed). - Phương pháp thiếu khí, chủ yếu dùng để phân giải nitrat. 3.1.3.2. Một số đặc điểm của phương pháp sinh học Phương pháp sinh học thường dùng để loại các chất phân tán nhỏ, keo và chất hữu cơ hoà tan (đôi khi cả vô cơ) khỏi nước thải. Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào hoạt động của vi sinh vật có khả năng phân huỷ, bẻ gẫy các đại phân tử hữu cơ thành các hợp chất đơn giản hơn, đồng thời chúng cũng sử dụng các chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như cacbon, nitơ, phospho, kali... bởi vậy, sản phẩm thu nhận từ phương pháp sinh học có thể sử dụng làm phân bón hữu cơ. Cả 2 nhóm vi sinh vật: tự dưỡng và dị dưỡng cùng được sử dụng để xử lý nước thải. Tuy vậy, trong nhóm vi sinh vật dị dưỡng có 3 nhóm nhỏ: hiếu khí, kỵ khí và kỵ khí không bắt buộc cùng tham gia vào quá trình phân huỷ các chất. Nhóm hiếu khí cần oxy hoà tan để phân huỷ các chất hữu cơ, ngược lại nhóm kỵ khí có khả năng oxy hoá có trong các hợp chất như nitrat, sunfat. Còn nhóm kỵ khí không bắt buộc có thể phát triển trong điều kiện có và không có oxy hoà tan. Mục đích làm sạch nước thải là tách các hợp chất hữu cơ và vô cơ để nồng độ của chúng không vượt quá mức cho phép. Phụ thuộc vào tính chất nhiễm bẩm và nồng độ của chúng có thể sử dụng các biện pháp làm sạch nước thải khác nhau. Nhưng phổ biến nhất là phương pháp cơ học (lắng, lọc), cơ lý (kết lắng, trung hoà, để lắng), lý hoá (trao đổi ion, hấp phụ), trao đổi nhiệt và sinh hoá học. Mỗi phương pháp có các ưu và nhược điểm riêng, tuỳ phạm vi ứng dụng mà có thể sử dụng một vài phương pháp sẽ cho phép loại bỏ hoàn được các chất nhiễm bẩn. Biện pháp sinh học làm sạch nước thải là quá trình công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp có lượng lớn nhiễm bẩn song với nồng độ các chất thấp. Làm sạch nước thải bằng biện pháp sinh học là dùng các loại vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải làm nguồn năng lượng . Chúng phân huỷ các chất thành CO2, nước và muối khoáng và một số chất thành NO3 và NO2. Biện pháp sinh học có một số ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: - Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ rộng. - Hệ thống có thể tự điều chỉnh phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ các chất nhiễm bẩn. - Thiết kế các trang thiết bị đơn giản. - Chi phí cho phần thực nghiệm không cao. Nhược điểm: - Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng các thiết bị của hệ thống làm sạch cao. - Phải có chế độ công nghệ làm sạch hoàn chỉnh. - Một vài chất hữu cơ có độc tính ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất làm sạch. - Cần làm loãng các nguồn nước có nồng độ các chất hữu cơ cao do vậy làm tăng lược nước thải. Tuy còn có nhược điểm song phương pháp làm sạch bằng biện pháp sinh học vẫn là phương pháp phổ biến và được áp dụng rộng rãi nhất. Phụ thuộc vào điệu kiện sống của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí người ta chia các phương pháp xử lý nước thải bằng các biện pháp sinh học theo 2 nguyên tắc này. 3.2.CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ NỒNG ĐỘ HỢP CHẤT HỮU CƠ CAO Nước thải sinh hoạt, nước thải của công nghiệp thực phẩm là những loại nước thải có nồng độ hợp chất hữu cơ cao, chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán gây ô nhiễm môi trường nặng nề và có tác động đến sức khỏe con người và động vật. Trong hai loại nước thải này có chứa các thành phần dinh dưỡng cho cây trồng như: đạm, lân, kali... nó còn gây mùi thối rất khó chịu do sự phân huỷ yếm khí chất thải hữu cơ có trong nước thải, ví dụ như là ở công nghệ sản xuất bia. Hàm lượng của chúng phụ thuộc vào tiêu chuẩn thải nước, việc xử lý nước thải loại này là rất cần thiết. Để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao thì người ta thường xử lý bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước. Việc xử lý nước thải thực hiện trên các công trình: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học... “Vì hồ sinh học là hồ chứa không lớn lằm dùng để xử lý nước thải bằng sinh học và chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ”. Trong số những công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên thì hồ sinh học được áp dụng rộng rãi hơn cả. Căn cứ theo đặc tính tồn tại và tuần hoàn của các vi sinh và sau đó là cơ chế xử lý mà người ta phân biệt 3 loại hồ: Hồ kỵ khí, hồ hiếu kỵ khí (hồ Facultative) và hồ hiếu khí. Trong đó hồ kỵ khí thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn. Còn hồ hiếu kỵ khí thường dùng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao (nước thải sinh hoạt, nước thải công nghệ thực phẩm). Hồ hiếu kỵ khí là loại hồ thường gặp trong điều kiện tự nhiên. Phần lớn các ao hồ của chúng ta là những hồ hiếu kỵ khí. Hiện nay, nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các hồ sinh học. Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song: quá trình oxy hoá hiếu khí chất nhiễm bẩn hữu cơ và quá trình phân huỷ Mêtan cặn lắng. Đặc điểm của loài hồ này xét theo chiều sâu của nó có thể chia ra 3 vùng:lớp trên là vùng hiếu khí, lớp giữa là vùng trung gian, còn lớp dười là vùng kỵ khí. Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá chất hữu cơ trong hồ chủ yếu nhờ quang hợp của rong tảo dưới tác dụng của bức xạ mặt trời và khuếch tán qua mặt nước dước tác dụng của sóng gió. Hàm lượng oxy hoà tan ban ngày nhiều hơn ban đêm. Hồ hiếu khí cũng hay được áp dụng, người ta phân biệt loại hồ này làm hai nhóm: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. Nhưng hồ làm thoáng tự nhiên hay được áp dụng hơn. Hồ làm thoáng tự nhiên: oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu là do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (bèo tây, bèo tấm...). PHẦN II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHƯƠNG 4 ĐỐI TƯỢNG PHÂN TÍCH Trong luận văn này chúng tôi phân tích và xử lý nước thải của ba đối tượng đó là: hồ Thành Công, sông Lừ xưởng bia Du Lịch 4.1. ĐẶC ĐIỂM NƯỚC THẢI HỒ THÀNH CÔNG Hồ Thành Công nằm trong quần thể Thành phố Hà Nội mang những nét đặc sắc của hệ sinh thái đô thị và do vậy chịu những ảnh hưởng của điệu kiện tự nhiên của Thành phố. Hồ Thành Công là hồ nhân tạo do con người đào đắp để tạo cảnh quan và điều hoà khí hậu cho vùng lân cận. Hồ Thành Công nằm trong thành phố nên khi môi trường thành phố bị ô nhiễm thì nước hồ cũng không tránh khỏi sự ô nhiễm này. Hồ Thành Công có diện tích 6,8 ha nay chỉ còn 6,5 ha và có độ sâu trung bình 3-4m. Hồ nằm trong địa phận phường Thành Công chịu sự quản lý của quận ba đình. Hai mặt hồ tiếp giáp với khu dân cư và khu tập thể Thành Công, một mặt được phân cắt với khu tập thể Nam Thành Công bằng đường Huỳnh Thúc Kháng, mặt còn lại hướng ra phía đường Láng Hạ. Tuy hồ Thành Công là một hồ nhỏ nhưng các yếu tố của điều kiện tự nhiên vẫn tác động vào các thành phần trong nước hồ. Hồ cũng thu nhận được lượng bức xạ từ mặt trời lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình quang hợp của thực vật trong hồ. Nhưng khi thực vật phát triển quá mức và chết đi thì lại là chất gây ô nhiễm chính cho nước hồ. Về mùa mưa, hồ là nơi chứa một lượng nước lớn do mưa, nước mưa chảy tràn vào mang theo nhiều chất gây ô nhiễm. Khi mùa khô đến thì lượng nước đưa vào hồ chủ yếu là nước thải không có nước mưa pha loãng nên nồng độ các chất bẩn trong hồ càng đậm đặc. Vào mùa này, hồ thường bị nhiễm bẩn nặng hơn so với mùa mưa. Ngoài con mương Kiep thành công, hồ Thành Công cũng là điểm thu nước thải sinh hoạt và xử lý nước thải của cả phường Thành Công và khu lân cận. Đây là chức năng quan trọng của hồ vì nước thải vào hồ chủ yếu là nước thải sinh hoạt , một phần nhỏ là nước thải công nghiệp. Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là có nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, chất dinh dưỡng (nitơ, phosphat, có mùi do nhiều nguyên nhân). Quá trình phân giải chất hữu cơ trong hồ của vi sinh vật chủ yếu là quá trình phân giải hiếu khí. Tuy nhiên do lượng chất hữu cơ đưa vào hồ cần oxy để cung cấp cho quá trình phân giải lớn nên hiện tượng thiếu dưỡng khí trong hồ thường xuyên xảy ra. Đặc biệt vào mùa hè, cá chết và cá nổi đầu thường xuyên vào buổi sáng, hàm lượng oxy hoà tan trong nước có lúc giảm tới chỉ còn nhỏ hơn 2 mg/l. Theo Nguyễn Kim Chi (1995), các hồ trong điạ bàn Hà Nội nói chung, hồ Thành Công nói riêng đã bị ô nhiễm. Phần quanh hồ Thành Công vào mùa mưa đều bị ngập úng do hệ thống thoát nước trong khu vực không đủ khả năng tiêu nước. Hệ thống cống ngầm trong khu vực Thành Công, tuy mới xây dựng nhưng nhỏ và mật độ cống thưa nên khả năng tiêu thoát nước chậm, dẫn tới tình trạng ngập úng cục bộ. Theo đánh giá của tài liệu này, nhiệt độ của hồ Thành Công nói riêng và hệ thống hồ trong thành phố nói chung dao động từ 20-28oc. pH của hồ Thành Công khoảng 5,4-10 có lúc hồ Thành Công có chỉ số pH xuống thấp nhất là 5,6. Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân huỷ trong hồ Thành Công khá cao dẫn đến nhu cầu oxy sinh học (BOD) cần cung cấp cho hồ cũng phải tăng lên. Các chất bẩn hữu cơ là nguyên nhân gây suy thoái nguồn nước, sự suy thoái này được quan sát dưới dạng BOD là một đặc trưng rất quan trọng. Nhu cầu BOD của hồ Thành Công là 12mg/l. Bảng 2: Chất lượng nước hồ Thành Công Năm 1991 Năm 1994 Giữa hồ Phân loại Gần cống thải Phân loại Gần cống thải Phân loại S TT Chỉ tiêu Mặt đáy L & W * Mặt đáy L & W * Mưa Khô L & W * 1 t0C (0C) 24,5 24,5 8,75 7,46 >G2 2 pH 7 8 3 Mầu nước Xanh 4 Độ trong 47,0 57,0 5 NH4+ (mg/l) 7,960 RB >G2 4,660 RB >G2 0,9 HB <G2 6 NO3- (mg/l) 6,3 HB >G1 6,917 HB <G2 4,5 S <G1 7 NO2- (mg/l) 2,626 B 3,150 B 8 PO4- (mg/l) 2,210 >G2 3,580 >G2 0,32 <G1 9 BOD5 (mg/l) 12 B >G2 10 COD(mg/l) <G2 536 48 11 SS (mg/l) 25 60 B <G2 33 Ghi chú: S - Sạch B- Hơi bẩn G1: Giới hạn tối thiểu G2: Giới hạn tối đa B-Bẩn RB-Rất bẩn: xếp loại theo chỉ tiêu của Lee & Wang G2: Giới hạn tối đa: Xếp loại theo *- “Một số chỉ tiêu tạm thời về môi trường ban hành 1993”. Độ đục của nước hồ Thành Công rất cao, hàm lượng chất lơ lửng từ 25-60mg/l (bảng 2). Do hàm lượng chất hữu cơ cao nên nhu cầu oxy hoá học của hồ cũng ở mức rất cao là 536 mg/l. Điều này cho thấy hàm lượng chất hữu cơ cao là nguồn gây ô nhiễm cho hồ. Trong báo cáo Nguyễn Kim Chi đã thống kê và phân loại nước thuỷ vực, hồ trong thành phố bằng các chỉ tiêu thuỷ lý, thuỷ hoá, thuỷ sinh. Từ đó đưa ra kết luận như sau: “Theo kết quả phân tích chất lượng nước các hồ Hà Nội năm 1991 và 1994, thấy năm 1994 chất lượng nước các hồ giảm hẳn. Phần lớn các hồ đều ô nhiễm chất hữu cơ, thể hiện qua giá trị BOD, NH4+, NO3-, NO2- và PO4-3 vượt quá chỉ tiêu cho phép hàng chục lần. Hàm lượng chất dinh dưỡng các hồ đều thuộc chế độ giàu dinh dưỡng” về tình trạng nước các hồ trong thành phố, trong đó có nước hồ Thành Công. 4.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC THẢI SÔNG LỪ Hà Nội có 4 tuyến kênh chính thường gọi là sông thoát nước, đó là: Sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu với tổng chiều dài 41,7 km. Các sông này đều bắt nguồn từ nội thành, tiếp nhận nước thải sinh hoạt và công nghiệp từ các cống, chảy xuống phía Nam thành phố, tụ hội ở Thanh Liệt (Thanh Trì) rồi đổ ra sông Nhuệ tại Cầu Bươu. Các sông này đều được nạo vét năm 1985, hàng năm tiêu thoát từ 120-130 triệu m3 nước thải thành phố Hà Nội. Nhưng hiện nay công việc đó đang ngừng trệ, nhiều đoạn sông đã bị san lấp, lấn chiếm, cỏ và bèo mọc nhiều cộng với việc quản lý chưa tốt nên khả năng tiêu thoát giảm, khi mưa to thường bị ngập úng. Các sông có hiện tượng co thắt dòng chảy do cầu, đường giao thông cắt ngang. Sông ở Hà Nội có thuỷ theo hai mùa rõ rệt, mùa lũ thường kéo dài 5 tháng từ tháng 6 đến tháng 10, cao nhất vào tháng 8. Nitơ cùng với Phospho và Cacbon là các thành phần dinh dưỡng chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất sơ cấp trong thuỷ vực nước, đặc biệt là tảo và các thực vật nước khác. Nitơ trong nước dưới một số dạng như: Nitơ hữu cơ, NH4, NO2 và NO3. Hàm lượng Nitơ vô cơ cao trong nguồn nước sông sẽ gây nguy hại cho các sinh vật thuỷ sinh và nguy hiểm hơn là tới sức khoẻ con người khi nguồn nước này được sử dụng trực tiếp cho ăn uống và sinh hoạt. Trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp chảy vào sông chứa nhiều hợp chất nitơ hữu cơ. Các chất này phân huỷ theo phản các ứng thuỷ phân thành amonia. Sau đó trong nguồn nước xảy ra quá trình nitrat hoá, chuyển NH4 thành NO3, được thực hiện bởi các vi sinh vật tự dưỡng như Nitrosomonas, Nitrobacter. Quá trình này đi kèm với việc tiêu thụ một lượng lớn oxy hoà tan, và vì thế quá trình này tác động đến cân bằng oxy sinh học của sông. Đặc điểm chất lượng nước sông: Các kết quả đo cho thấy một số chỉ số nước tại các sông thuộc khu vực nghiên cứu không có thay đổi bất thường [6]. Số TT Chỉ tiêu Nồng độ dao động Đơn vị 1 Nhiệt độ 18,3- 29,2 0C 2 pH 6,20- 8,15 3 NH4 0,011- 0,615 mg/l 4 NO2 0,001- 0,170 mg/l 5 NO3 0,021- 2,340 mg/l 6 BOD5 0,21- 4,31 mg/l 7 COD 2,20- 21,14 mg/l Sông Lừ là một trong những phụ cận của sông Tô Lịch, bắt nguồn từ cống Trịnh Hoài Đức chảy qua hồ Đống Đa, Trung Tự (Nam Đồng) hợp lưu với sông Tô Lịch phía trước cầu Dậu, cách điểm hợp lưu của sông Tô Lịch với sông Nhuệ khoảng 2,8km. Cao độ đáy sông từ 1-3m, cao độ hai bờ sông 5-6m, có khoảng 6 cầu lớn bắc qua sông. 4.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC THẢI XƯỞNG BIA DU LỊCH Trong thời gian gần đây ngành công nghiệp thực phẩm phát triển đến mức độ lạm dụng. Chính sự phát triển không quy hoạch này cùng với sự cạnh tranh không gay gắt về giá cả dẫn đến hầu hết các xí nghiệp thực phẩm không có công nghệ xử lý chất thải gây ô nhiễm hữu cơ khá nặng nề làm ảnh hưởng đến con người và sinh vật. Đặc trưng của nước thải công nghiệp thực phẩm là gây mùi hôi thối rất khó chịu do sự phân huỷ yếm khí chất thải hữu cơ có trong nước thải, đặc biệt là ở công nghệ sản xuất bia. Nước thải nhà máy bia có hàm lượng các chất hữu cơ cao ở trạng thái hoà tan và trạng thái lơ lửng. Trong đó chủ yếu là hydratcacbon, protein và các chất hữu cơ khác là các chất có khả năng dễ phân huỷ. Do sự phân huỷ yếm khí của các chất hữu cơ, nước có mùi thối khó chịu. Nước thải nhà máy bia có chỉ tiêu về nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá (BOD), lượng chất rắn huyền phù (SS) cao hơn so với chỉ tiêu đề ra, không chứa các nhân tố độc. Nguồn phát sinh nước thải trong quá trình sản xuất là từ các công đoạn: - Nước rửa nguyên vật liệu: loại nước thải này chứa nhiều các chất vô cơ và các mảnh vụn hữu cơ. - Nước thải trong quá trình nấu gồm các công đoạn nghiền, đường hoá, hồ hoá, đun sôi. Nước thải loại này có chứa bã Malt, tinh bột, bã hoa và các chất hữu cơ. - Nước thải từ bộ phận lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, lọc, thùng chứa, đường ống, sân nhà, xưởng... có chứa bã men và các chất hữu cơ. - Nước làm lạnh, nước ngưng, nước rửa các thiết bị (máy lọc, bồn chứa, thiết bị nạp bia vào chai... ) trong đó nước rửa thiết bị nạp bia vào chai có hàm lượng các chất lơ lửng, COD, BOD rất cao. - Nước thải ở bộ phận xúc rửa và tráng chai lon bao gồm công đoạn rửa , ._.