Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo xử lý nước t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------- NGUYỄN XUÂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ Ở THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ------------------------------- TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------- NGUYỄN XUÂN CƯỜNG NGUYỄN XUÂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ Ở THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NHÂN TẠO XLNT ĐÔ THỊ Ở TP ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ Chuyên ngành: Môi trường đất và nước MãChuyên số: 62440303 ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thị Loan PGS. NGUYỄN THỊ LOAN Hà Nội - 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên hướng dẫn. Các số liệu và kết quả thể hiện trong luận án được thực hiện trong quá trình nghiên cứu luận án. Các số liệu, thông tin, ý tưởng mang tính tham khảo, chứng minh và so sánh từ các nguồn khác tôi đã trích dẫn theo đúng quy định.

Việc sử dụng các nguồn tài nguyên và số liệu này chỉ phục vụ cho mục đích học thuật. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả nghiên cứu trong luận án của mình. Tác giả luận án Nguyễn Xuân Cường TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận án này tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình và có nhiều nhận xét, góp ý quý báu trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.

Nguyễn Thị Loan đã trực tiếp hướng dẫn, tư vấn chuyên môn, giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn của mình tới lãnh đạo Phân hiệu Đại học Huế tại tỉnh Quảng Trị - Đại học Huế, đã tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành chương trình và thực hiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp của tôi ở Khoa Công nghệ kĩ thuật môi trường, nơi tôi công tác đã luôn chia sẻ, động viên và hỗ trợ cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo các Ban, Ngành TP Đông Hà, tỉnh Quảng Trị đã tạo điều kiện để tôi thu thập đầy đủ số liệu và triển khai thí nghiệm ở thực địa.

Và cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Xuân Cường TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. iii DANH MỤC BẢNG. iv DANH MỤC HÌNH.

vi MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN. Nước thải đô thị và công nghệ xử lý. Đặc trưng nước thải đô thị và hệ thống quản lý.

Công nghệ xử lý nước thải đô thị. Đất ngập nước nhân tạo. Động học và mô hình loại bỏ ô nhiễm. Cải thiện hiệu suất của đất ngập nước nhân tạo.

Cấp khí chủ động và bị động. Tuần hoàn nước thải. Cấp nước gián đoạn. Thiết kế tối ưu.

Nghiên cứu và ứng dụng đất ngập nước nhân tạo. Trên thế giới. 45 CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. 53 i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thu thập tài liệu. Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp lấy, xử lý và phân tích mẫu. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu.

74 CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Hiện trạng và tính chất nước thải thành phố Đông Hà. Thành phần và tính chất. Hiện trạng thu gom và xử lý.

Kết quả nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm. Tính chất nước thải đầu vào. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm. Nhận xét kết quả nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu quy mô thực địa. Tính chất nước thải đầu vào. Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm. Mô hình động học.

Nhận xét kết quả nghiên cứu. Đề xuất mô hình xử lý nước thải cho thành phố Đông Hà. Tính toán đề xuất mô hình xử lý. 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

133 TÀI LIỆU THAM KHẢO. a ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CSTR Dòng chảy rối liên tục (Continuous Stirred Tank Reactor) CW Đất ngập nước nhân tạo (Constructed Wetland) FWS Dòng chảy tự do bề mặt (Free Water Surface) HCHC Hợp chất hữu cơ HF Dòng chảy ngang (Horizontal Flow) HLR Tải trọng thủy lực (Hydraulic Loading Rate) HRT Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time) Lrb Tải trọng loại bỏ BOD5 Lrn Tải trọng loại bỏ NH4-N NTĐT Nước thải đô thị PE Dân số tương đương (Population Equivalent) PFR Dòng chảy đẩy (Plug Flow Reactor) R2 Hệ số xác định (Coefficient of Determination) SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) SH Sinh học Tcol Coliform tổng số (Total Coliforms) TP Thành phố VF Dòng chảy đứng (Vertical Flow) VSV Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân cấp mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị.2: Đặc tính nước thải đầu vào nhà máy XLNT ở Việt Nam .3: Một số công nghệ/quá trình xử lý nước thải đô thị .4: Công nghệ XLNT ở các nhà máy tập trung ở Việt Nam.5: Đặc tính và nồng độ kim loại trong một số vật liệu lọc .6: Các quá trình loại bỏ chất nhiễm bẩn cơ bản .7: Thông số thiết kế đất ngập nước nhân tạo qua các giai đoạn.8: Thông số thiết kế đất ngập nước nhân tạo điển hình .9: Số liệu về ứng dụng đất ngập nước nhân tạo ở Anh Quốc.10: Ứng dụng đất ngập nước nhân tạo tích hợp trên thế giới .1: Tổng hợp các giá trị vận hành của mô hình thí nghiệm .2: Lượng nước bổ sung cho thí nghiệm theo thời gian .3: Tổng hợp các giá trị vận hành của nghiên cứu quy mô thực địa .4: Các phương pháp phân tích nước thải .1: Tính chất nước thải đô thị TP Đông Hà (6/2010) .2: Tính chất nước thải đô thị TP Đông Hà (1- 3/2013) .3: Tính chất nước thải đầu vào nghiên cứu quy mô thí nghiệm.4: Giá trị P của TSS đầu ra giữa các hệ thống .5: Hiệu quả loại bỏ TSS của các nghiên cứu khác .6: Kết quả loại bỏ BOD5 của các nghiên cứu khác .7: Giá trị P của BOD5 đầu ra giữa các hệ thống .8: Kết quả tải lượng loại bỏ BOD5 của các nghiên cứu khác .9: Hiệu quả xử lý BOD5 ở 3 bể HF của hệ thống I và II .10: Hiệu quả loại bỏ NH4-N của các nghiên cứu khác .11: Giá trị P của NH4-N đầu ra giữa các các hệ thống .12: Loại bỏ Tcol của các nghiên cứu khác .13: Tính chất nước thải đầu vào nghiên cứu thực địa (n = 23 mẫu). 97 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.14: Nồng độ TSS vào và ra ứng với các HLR .15: Loại bỏ hợp chất hữu cơ của VF-HF từ các nghiên cứu khác.16: Giá trị BOD5 và hiệu quả xử lý ứng với các HLR .17: Giá trị COD và hiệu quả xử lý ứng với các HLR .18: Hiệu quả loại bỏ dinh dưỡng của VF – HF từ các nghiên cứu.19: Nồng độ chất dinh dưỡng và hiệu quả loại bỏ ứng với HLR .20: Giá trị Tcol tương ứng với các HLR. Hằng số tốc độ phản ứng của hợp chất hữu cơ và nitơ .22: Tổng hợp thông số các khu vực xử lý nước thải .23: Thông số thiết kế CW cho từng khu vực.

131 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Trạng thái quản lý nước thải đô thị ở Việt Nam .2: Sơ đồ quản lý nhà nước về thoát nước và xử lý NTĐT ở Việt Nam 8 Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đô thị phổ biến ở Việt Nam .4: Các kiểu đất ngập nước nhân tạo .5: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy tự do bề mặt .6: Đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngang .7: Đất ngập nước dòng chảy đứng .8: Cây chuối hoa trong bể thí nghiệm .9: Cây môn nước trong các bể thí nghiệm .10: Cây môn đốm .11: Cây phát lộc trong bể thí nghiệm .12: Cây hoa súng ngoài môi trường (a) và trong bể thí nghiệm (b) .13: Cơ chế chuyển hóa chất ô nhiễm trong CW .14: Quá trình lắng chất rắn trong FWS .15: Chuyển hóa chất hữu cơ trong CW.16: Hệ thống cấp khí chủ động tự nhiên bằng ống “hút” khí .17: Hệ thống cấp khí chủ động tự nhiên gián đoạn .18: Tháp đất ngập nước nhân tạo “lai” .19: Mô hình đất ngập nước nhân tạo xếp tầng .20: Công trình CW tại nhà máy dệt may Hòa Thọ, Đà Nẵng .1: Sơ đồ địa điểm lấy mẫu nước thải và đặt hệ thống CW thực địa .3: Sơ đồ bố trí các hệ thống CW quy mô phòng thí nghiệm .4: Sơ đồ mô hình thí nghiệm của hệ thống I (HF-VF-FWS) .5: Sơ đồ mô hình thí nghiệm của hệ thống II (VF-HF-FWS) .6: Sơ đồ vị trí lẫy mẫu mô hình thí nghiệm ở 2 hệ thống chính (I, II) 58 Hình 2.7: Chi tiết các bể thí nghiệm.8: Các lớp vật liệu lọc trong bể thí nghiệm .9: Mô hình nghiên cứu quy mô thí nghiệm. 61 vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.10: Sơ đồ bố trí nghiên cứu thực địa .11: Vị trí và mô hình nghiên cứu thực địa .1: Hiệu quả loại bỏ và nồng độ TSS đầu ra .2: Nồng độ TSS qua các bể hệ thống I và II .3: Đầu ra và hiệu quả loại bỏ BOD5 của các mô hình .4: Giá trị BOD5 qua các bể xử lý hệ thống I và II .5: Nồng độ và loại bỏ NH4-N trong các hệ thống thí nghiệm .