Tóm tắt Luận án Nghiên cứu mô hình kết hợp giữa bãi lọc trồng cây và hồ sinh học để xử lý nước thải khu dân cư ven đô lưu vực Sông Cầu

ng 3 năm sau, thường có gió mùa đông bắc tràn xuống, nhiệt độ hạ thấp, trời rét. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 220C, nhiệt độ cao nhất trung bình 380C (vào tháng 7, tháng 8), thấp nhất khoảng 150C - 160C (vào tháng 1). Số giờ nắng trong năm đạt 1.628 giờ, năng lượng bức xạ 115 kcal/cm 2 . Theo quy hoạch, NTSH của các khu dân cư, công sở, trường học của phường Bách Quang được thu gom và đưa về hệ thống xử lý tập trung của phường được vận hành từ tháng 12/2013, công suất 750 m3/ngày.đêm, diện tích 5.000 m2 do Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường thuộc Tổng Cục môi trường xây dựng. Sơ đồ công nghệ của hệ thống XLNT tập trung này được thể hiện trong Hình 3.1 9 Sau gần một năm hoạt động, Trung tâm đã lấy mẫu phân tích nước thải đầu vào, đầu ra của hệ thống. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đều đạt giới hạn cho phép cột B QCVN 4:2008/BTNMT. Cho đến nay, hệ thống vẫn duy trì hoạt động. Tuy nhiên, chỉ khu dân cư mới quy hoạch thuộc tổ dân phố Bình Minh và La Đình có hệ thống thu gom nước thải đưa về hệ thống xử lý tập trung. Lượng NTSH ước tính khoảng 31,1 m3/ngày (tính theo định mức nước cấp là 120 lít/người) bằng 4,15% so với công suất thiết kế. Mỗi tuần nước thải được bơm từ hố bơm lên bể phân phối từ 1 đến 2 lần, nên hệ thống hoạt động gián đoạn, chưa hết công suất. Ao sinh thái sau bãi lọc HF có tác dụng ổn định nước thải và khử trùng. Tuy nhiên, ao được thả cá với mật độ dày đặc, hàng ngày bổ sung thức ăn cho cá làm giảm vai trò xử lý. Do đó, việc đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống là điều khó khăn. Để xác định thành phần nước thải, các mẫu nước thải đã được lấy sau song chắn rác và tại hố bơm của hệ thống vào các ngày 3, 4, 5/5/2014 và phân tích tại Phòng thí nghiệm môi trường nước thuộc Bộ môn Cấp thoát nước-Trường Đại học Xây dựng. Kết quả phân tích của các mẫu được thể hiện trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc trưng NTSH của khu dân cư phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên STT Thông số Đơn vị M1 M2 QCVN 14:2008 /BTNMT Cột A 1 pH - 6,9÷7,4 7,2÷7,5 5÷9 2 TSS mg/L 69,67±13,80 67,00±13,00 50 3 COD mg/L 184,41±24,31 154,55±26,07 - 4 BOD5 mg/L 102,53±14,30 85,00±11,14 30 5 NH4 + -N mg/L 29,79±0,44 23,44±1,23 5 6 NO3 - -N mg/L 4,47±1,00 1,73±0,47 30 7 PO4 3- -P mg/L 0,79±0,06 0,61±0,03 6 8 Coliform MPN/100 mL 131.670±8.020 91.000±10.540 3000 Chú thích: M1, M2: Mẫu nước thải sau song chắn rác và tại hố bơm của hệ thống XLNT phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên. Số lần lấy mẫu n=3. NTSH vào hệ thống XLNT của phường Bách Quang có mức độ ô nhiễm thấp do nước thải đã qua bể tự hoại của các hộ gia đình. Giá trị các thông số vượt giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT không nhiều. Giá trị của các thông số pH, NO3 - -N, PO4 3- -P đều nằm trong giới hạn cho phép của cột A QCVN 14:2008/BTNMT. Giá trị của thông số TSS, BOD5, NH4 + -N và Coliform vượt giới hạn QCVN 14:2008/BTNMT cột A tương ứng là 1,39; 3,42; 5,96 và 43,89 lần. So sánh giá trị các thông số đặc trưng nước thải của mẫu M1 và mẫu M2 cho thấy giá trị các thông số trong mẫu M2 giảm không đáng kể so với mẫu M1. Điều này chứng tỏ bể lọc kỵ khí của hệ thống với HRT ngắn, có hiệu suất xử lý các chất hữu cơ, chất lơ lửng, nitơ, phosphat và Coliform không đáng kể. Bể lọc kỵ khí đóng vai trò như bể chứa nước thải để bơm lên BLTC. Nước thải cấp cho mô hình thí nghiệm được lấy tại hố bơm của hệ thống vì nước thải tại vị trí này có sự khác biệt không đáng kể so với nước thải ban đầu của khu dân cư và ổn định. Điểm lấy nước thải được thể hiện cụ thể trong sơ đồ Hình 3.3. Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống XLNT tập trung phường Bách Quang, Sông Công, Thái Nguyên Hố ga thu nước Song chắn rác Bể lắng cát Bể lọc kỵ khí Hố bơm Bể lắng đứng Bể phân phối Máng tràn bậc thang Hố ga phân phối nước Bãi lọc trồng cây Ao sinh thái Nguồn tiếp nhận Song chắn rác Bể lắng cát Bể lọc kỵ khí Hố bơm Hệ thống XLNT phường Bách Quang Mô hình thí nghiệm NTSH khu dân cư phường Bách Quang Hình 3.3. Sơ đồ vị trí lấy nước thải cho mô hình thí nghiệm trong hệ thống XLNT phường Bách Quang 10 3.2. Mô hình nghiên cứu thử nghiệm 3.2.1. Thiết kế mô hình nghiên cứu thử nghiệm * Mục đích nghiên cứu thử nghiệm - Nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện với giả thuyết là NTSH sau bể tự hoại của các khu dân cư ven đô được thu gom đưa vào xử lý bằng hệ thống công trình sinh thái kết hợp BLTC và HSH thì sẽ đạt mức A của QCVN 14:2008/BTNMT. Trên cơ sở đó, mục đích của nghiên cứu thử nghiệm bao gồm: Nghiên cứu hiệu quả xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu bằng mô hình kết hợp BLTC và HSH; Nghiên cứu hiệu quả xử lý NTSH khu dân cư ven đô LVS Cầu bằng mô hình kết hợp HSH và BLTC; Đánh giá sự thích nghi và tăng trưởng của các loài thực vật được lựa chọn trồng trong các BLTC của mô hình nghiên cứu; Xác định hệ số phân hủy chất hữu cơ trong các HSH với điều kiện tự nhiên LVS Cầu; Xác định hệ số phân hủy các chất ô nhiễm trong các loại BLTC với điều kiện tự nhiên LVS Cầu. * Lựa chọn mô hình nghiên cứu thử nghiệm * Tính toán thiết kế mô hình thí nghiệm: Kết quả tính toán kích thước của các HSH và BLTC của hai mô hình thí nghiệm như sau: -Mô hình 1: Hồ tùy tiện: L x B x H = (1,22x 1,22 x 1,45)m; Bãi lọc FWS: Lx B x H = (1,20 x 0,80 x 1,45)m. -Mô hình 2: Bãi lọc HF: L x B x H = (1,20 x 0,80 x 0,75)m; Hồ hiếu khí: Lx B x H = (2,40 x 1,00 x 1,00)m. 3.2.2. Bố trí mặt bằng và xác định cao trình của mô hình thí nghiệm - Xác định cao trình: 2 bãi lọc HF có nền đáy là cốt 0,00 m, Hồ hiếu khí cốt nền đáy là -0,25 m, hồ tùy tiện có cốt nền đáy là – 0,55 m, bãi lọc FWS có cốt là – 0,55 m. - Bố trí mặt bằng: Để tiết kiệm diện tích và dễ vận hành thì các công trình trong mô hình thí nghiệm được xây dựng hợp khối và được bố trí mặt bằng như thể hiện trong Hình 3.6 3.3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 3.3.1. Lựa chọn vật liệu nghiên cứu - Vật liệu lọc sử dụng trong các BLTC gồm có sỏi lọc ( = 2 x 3 cm), sỏi đỡ ( = 4 x 6 cm) và cát trồng cây ( = 1 x 2 mm). Các loại cây được lựa chọn trồng trong BLTC gồm có cây chuối hoa (Canna generalis) và cây thủy trúc (Cyperus alternifolius). 3.3.2. Quy trình vận hành mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm được vận hành qua 2 giai đoạn và chia thành 5 đợt, từ 12/2014 đến 5/2016. + Giai đoạn 1: từ ngày 7/12/2014 đến ngày 29/8/2015 (đợt 1), nhằm đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong NTSH khu dân cư phường Bách Quang của 2 mô hình thí nghiệm. Các thông số vận hành được thể hiện trong Bảng 3.4. + Giai đoạn 2: từ ngày 26/9/2015 đến ngày 29/5/2016 (gồm các đợt 2, 3, 4, 5) nhằm đánh giá khả năng chịu tải của 2 mô hình thí nghiệm khi thay đổi lưu lượng nước thải vào và so sánh khả năng xử lý của cây 3 2 4 Hình 3.6. Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình thí nghiệm. Chú thích: 1.Bể chứa nước thải vào hệ thống; 2. Bãi lọc ngang trồng cây; 3.Bãi lọc ngang không trồng cây; 4. Hồ hiếu khí; 5.BLTC ngập nước; 6.Hồ tùy tiện; 7.Máng phân phối nước vào bãi lọc; 8.Tấm chắn lơ lửng; 9.Mương thu nước ra khỏi hồ hiếu khí. 10. Hệ thống thu nước ra khỏi BLTC ngập nước. Đường đi của nước trong mô hình thí nghiệm. 7 8 9 6 5 10 1 Nước thải vào mô hình Nước thải sau xử lý Nước thải sau xử lý Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống xử lý NTSH khu dân cư phường Bách Quang bằng công nghệ kết hợp BLTC và HSH (a) . Mô hình 1; (b). Mô hình 2 (a) (b) NTSH khu dân cư đã xử lý sơ bộ Bãi lọc FWS Hồ tùy tiện Xả ra nguồn tiếp nhận NTSH khu dân cư đã xử lý sơ bộ Bãi lọc HF Hồ hiếu khí Xả ra nguồn tiếp nhận 11 thủy trúc và cây chuối hoa trong bãi lọc HF. Các thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 2 được thể hiện trong Bảng 3.5. Bảng 3.4. Thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 1 Thông số vận hành Đơn vị Đợt thí nghiệm Công trình thí nghiệm Mô hình 1 Mô hình 2 Hồ tùy tiện Bãi lọc (FWS) Bãi lọc HF 1 Bãi lọc HF2 Hồ hiếu khí Q lít/h Đợt 1: 7/12/2014- 29/8/2015 4 4 2 2 4 HRT ngày 20,16 6,36 5,72 4,57 20 HLR m 3 /m 2 /ngày - 0,1 0,05 0,05 - Loại cây trồng - Cây chuối hoa - Cây chuối hoa - Bảng 3.5. Thông số vận hành của hai mô hình thí nghiệm trong giai đoạn 2 Thông số vận hành Đơn vị Đợt thí nghiệm Công trình thí nghiệm Mô hình 1 Mô hình 2 Hồ tùy tiện Bãi lọc (FWS) Bãi lọc HF 1 Bãi lọc HF2 Hồ hiếu khí Q lít/h Đợt 2: 26/9/2015- 13/12/2015 5 5 2 3 5 HRT ngày 16,12 5,09 4,572 3,05 16 HLR m 3 /m 2 /ngày - 0,125 0,05 0,075 - Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h Đợt 3: 13/12/2015- 21/2/2016 6 6 3 3 6 HRT ngày 13,44 4,24 3,05 3,05 13,33 HLR m 3 /m 2 /ngày - 0,15 0,075 0,075 - Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h Đợt 4: 21/2/2016- 3/4/2016 7 7 3,5 3,5 7 HRT ngày 11,52 3,64 2,61 2,61 11,43 HLR m 3 /m 2 /ngày 0,175 0,0875 0,0875 Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa Q lít/h Đợt 5: 3/4/2017- 29/5/2016 8 8 4 4 8 HRT ngày 10,08 3,18 2,29 2,29 10 HLR m 3 /m 2 /ngày 0,2 0,1 0,1 Loại cây trồng Cây chuối hoa Cây thủy trúc Cây chuối hoa * Vận hành mô hình thí nghiệm + Giai đoạn 1 (Đợt 1): Từ ngày 7/12/2014 đến 29/8/2015, mô hình 1 và mô hình 2 được vận hành qua các bước sau: bước 1: chuẩn bị vật liệu; bước 2: trồng cây; bước 3: nạp nước thải vào mô hình; bước 4: vận hành mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích. + Giai đoạn 2 (Đợt 2, 3, 4, 5): Từ ngày 26/9/2015 đến ngày 29/5/2016 - Mô hình 1 được vận hành qua các bước sau: Bước 1: Tiến hành điều chỉnh lưu lượng nước vào mô hình theo kế hoạch được thể hiện trong Bảng 3.5 tương ứng đối với các đợt 2, 3, 4, 5. Bước 2: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm tương ứng. - Mô hình 2 được vận hành qua các bước sau:  Đợt 2: Từ ngày 26/9/2015 đến ngày 13/12/1016: Bước 1: Khởi động lại mô hình: Ngày 26/9/2015, tiến hành lấy toàn bộ sỏi trong bãi lọc không trồng cây (HF1) ra rửa sạch, phơi khô và nạp lại vào bãi lọc gồm 01 lớp sỏi lọc dày 0,6 m và 1 lớp cát trồng cây dày 0,15 m. Bơm toàn bộ nước trong hồ hiếu khí ra và rửa sạch hồ; Bước 2: Trồng cây: tiến hành trồng cây thủy trúc vào bãi lọc HF1 từ ngày 4/10/2015. Thủy trúc lấy về cắt hết phần lá, được tách thành từng khóm từ 3-5 cây và trồng vào bãi lọc với khoảng cách giữa các khóm là 20cm; Bước 3: Cấp nước vào mô hình thí nghiệm: Cấp nước thải vào bãi lọc HF trồng cây thủy trúc (HF1’) 12 với lưu lượng q= 2 lít/h và điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào bãi lọc HF trồng cây chuối hoa (HF2) với q = 3 lít/h; Bước 4: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích.  Đợt 3, Đợt 4, Đợt 5: Từ ngày 13/12/2016 đến ngày 29/5/2016: Bước 1: Tiến hành điều chỉnh lưu lượng nước vào mô hình theo kế hoạch được thể hiện trong Bảng 3.5 tương ứng đối với các đợt 3, 4, 5; Bước 2: Duy trì hoạt động của mô hình, theo dõi sự phát triển của cây trồng và lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm tương ứng. * Kế hoạch lấy mẫu và phân tích Bảng 3.6. Kế hoạch lấy mẫu phân tích trong các đợt thí nghiệm Đợt thí nghiệm Nội dung Khoảng thời gian lấy mẫu Tần suất lấy mẫu (tuần/lần) Số chu kỳ lấy mẫu Số mẫu/chu kỳ Tổng số mẫu Đợt 1 8/3/2015 -29/8/2015 2 12 7 84 Đợt 2 8/11/2015 - 13/12/2015 1 6 7 42 Đợt 3 27/12/2015 -31/1/2016 1 6 7 42 Đợt 4 28/2/2016 - 3/4/2016 1 6 7 42 Đợt 5 17/4/2016 - 29/5/2016 1 6 7 42 + Vị trí lấy mẫu: Các vị trí lấy mẫu phân tích cụ thể như sau: (1). Mẫu nước thải vào hai mô hình thí nghiệm, ký hiệu: M1; (2). Mẫu nước thải ra khỏi hồ tùy tiện, ký hiệu: M2; (3). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc FWS, ký hiệu: M3; (4). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc HF không trồng cây - HF1 (Đợt 1)/Bãi lọc HF trồng cây thủy trúc -HF1’ (đợt 2, 3, 4, 5), ký hiệu: M4; (5). Mẫu nước thải ra khỏi bãi lọc HF trồng cây chuối hoa (HF2), ký hiệu: M5; (6). Mẫu nước thải vào hồ hiếu khí, ký hiệu: M6; (7). Mẫu nước thải ra khỏi hồ hiếu khí, ký hiệu: M7 * Các thông số phân tích: pH, TSS, COD, BOD5, TN, N-NH4 + , N-NO3 - , PO4 3- , Coliform, sinh khối và kích thước thực vật. 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường; phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm; phương pháp đo, kiểm soát lưu lượng nước thải vào mô hình; phương pháp xử lý số liệu và phương pháp xác định hệ số động học. CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Hiệu suất xử lý NTSH phƣờng Bách Quang của mô hình kết hợp hồ tùy tiện và bãi lọc FWS (mô hình 1) 4.1.1. Đặc trưng nước thải vào mô hình 1 Bảng 4.1. Kết quả phân tích nồng độ trung bình của các thông số đặc trưng NTSH vào mô hình 1 qua các đợt thí nghiệm S T T Thông số Đơn vị Đợt thí nghiệm Trung bình các đợt thí nghiệm QCVN 14:2008 /BTNMT Cột A Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 pH - 7,1 ÷ 8,5 7,1 ÷7,5 7,6 ÷8,9 7,1 ÷7,3 6,9 ÷7,4 6,9 ÷8,5 5÷9 2 BOD5 mg/L 83,45 ±22,63 84,83 ±6,44 83,38 ±8,05 83,27 ±5,60 81,95 ±8,14 83,39 ±13,62 30 3 TSS mg/L 70,21 ±19,29 39,83 ±4,40 48,33 ±10,17 47,33 ±4,93 43,33 ±7,71 53,21 ±16,49 50 4 TN (*) mg/L 26,00 ±2,85 34,00 ±4,36 35,33 ±3,51 47,33 ±9,81 36,33 ±7,37 35,19 ± 8,84 - 5 NH4 + -N mg/L 23,53 ±8,87 33,18 ±5,01 34,58 ±3,06 40,55 ±7,65 43,67 ±14,35 33,17 ±10,71 5 6 NO3 - -N mg/L 2,51 ±0,88 1,30 ±0,27 1,43 ±0,16 2,25 ±0,33 2,43 ±0,30 2,07 ±0,70 30 7 PO4 3- -P mg/L 0,35 ±0,31 1,73 ±0,31 1,33 ±0,05 2,42 ±0,62 2,84 ±0,61 1,51 ±0,98 6 13 8 Coliform (**) (MPN/ 100mL) 92.125 ±8.107 - - - - 92.125 ±8.107 3000 NTSH vào mô hình có mức độ ô nhiễm thấp, có sự biến động không nhiều giữa các đợt thí nghiệm, có pH trung tính dao động từ 6,90 - 8,50. Các thông số NO3 - -N, PO4 3- -P đều có giá trị thấp hơn giới hạn Cột A QCVN 14:2008/BTNMT. Nước thải chủ yếu bị ô nhiễm các thông số TSS, BOD5, NH4 + -N và Coliform. Giá trị trung bình của các thông số này vượt giá trị giới hạn cột A QCVN14:2008/BTNMT tương ứng là 1,06; 2,78; 6,63 và 30,71 lần. 4.1.2. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của hồ tùy tiện Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải vào hồ tùy tiện và hiệu suất XLNT của hồ tùy tiện trong các đợt thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.2 và Hình 4.1. Bảng 4.2. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm vào hồ tùy tiện trong các đợt thí nghiệm (kg/ha/ngày). TT Thông số Đợt thí nghiệm Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 BOD5 53,83±14,60 68,38±5,19 80,67±7,79 93,99±6,33 105,72±10,50 2 TN 16,77±1,67 27,41±3,51 34,18±3,40 53,43±11,08 46,87±9,51 3 NH4 + -N 15,17±5,72 26,75±4,04 33,45±2,96 45,77±8,64 56,33±18,51 4 NO3 - -N 1,62±0,57 1,05±0,22 1,39±0,16 2,54±0,38 3,44±0,39 5 PO4 3- -P 0,23±0,20 1,40±30,77 1,29±0,04 2,73±0,70 3,67±0,78 - Sự thay đổi pH của nước thải: pH của nước thải ra khỏi hồ tùy tiện ở các đợt thí nghiệm nằm trong khoảng trung tính và kiềm nhẹ, dao động trong khoảng từ 7,6÷10,6. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy của hồ đạt mức trung bình, khá ổn định giữa các đợt và dao động trong khoảng từ 43,80%- 68,44%. Như vậy, khi tăng Q vào hồ trong khoảng từ 4-8 lít/h (đồng thời làm giảm thời gian lưu từ 20,16 xuống 10,08 ngày) đã làm ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hồ. - Hiệu suất xử lý TSS: Nồng độ TSS ra khỏi hồ tùy tiện có sự biến động cao và giảm dần qua các đợt thí nghiệm. Nồng độ TSS trung bình ra khỏi hồ cao nhất ở đợt 1 và thấp nhất ở đợt 4 với các giá trị tương ứng là 22,67 mg/L và 11,50 mg/L. Hiệu quả xử lý TSS trung bình của hồ ở các đợt thí nghiệm dao động trong khoảng từ 45,54%-75,70%, với mức thấp nhất ở đợt 2 và cao nhất ở đợt 4. Khi tăng Q vào hồ từ 4 lít/h lên 8 lít/h và giảm HRT trong hồ từ 20,16 xuống 10,08 ngày đã làm ảnh hưởng không đáng kể đến sự sinh trưởng phát triển của tảo. - Hiệu suất xử lý nitơ của hồ tùy tiện: Tải trọng trung bình của TN trong nước thải vào hồ tùy tiện dao động trong khoảng từ 16,77-53,43 kg/ha/ngày. Nồng độ TN trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tùy tiện có xu hướng tăng dần ở các đợt thí nghiệm, dao động từ 8,00-27,00 mg/L, đạt hiệu quả xử lý cao nhất ở đợt 1 (69,23%) và thấp nhất ở đợt 5 (32,11%). Nồng độ NH4 + - N trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng 5,24- 20,75 mg/L. Nồng độ NO3 - -N trung bình trong nước thải ra khỏi hồ khá biến động ở các đợt thí nghiệm, dao động trong khoảng từ 2,75-5,3 mg/L. Hiệu suất xử lý trung bình với NH4 + -N dao động trong khoảng từ 49,24% -77,72%, đạt giá trị cao nhất ở đợt 1 và thấp nhất ở đợt 4. Khoảng giá trị này thấp hơn so với giá trị hiệu suất xử lý NH4 + -N của hồ tùy tiện có thể đạt tới là 90%. Khi tăng Q vào hồ từ 4 lên 8 lít/h đồng thời giảm thời gian lưu từ 20,16 xuống 10,08 ngày thì hiệu suất xử lý NH4 + -N của hồ giảm không nhiều. Điều này chứng tỏ khả năng chịu tải tốt của hồ khi thay đổi lưu lượng nước cần xử lý. - Hiệu suất xử lý PO4 3- -P: Tải trọng trung bình PO4 3- -P trong nước thải vào hồ tùy tiện dao động trong khoảng 0,23-3,67 kg/ha/ngày. Nồng độ PO4 3- -P trung bình trong nước thải ra khỏi hồ tùy tiện có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng từ 0,18-1,89 mg/L. Hiệu suất xử lý PO4 3- -P trung bình có sự biến động ở các đợt thí nghiệm, tăng nhẹ ở đợt 2 sau đó lại giảm dần ở đợt 3, 4 và lại tăng lên ở đợt 5, đạt hiệu quả xử lý cao nhất là 52,30% ở đợt 2 và thấp nhất là 21,68% ở đợt 4. Khi tăng lưu lượng nước thải vào Hình 4.1. Hiệu suất xử lý trung bình của hồ tùy tiện theo các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt 14 hồ ở các đợt 2, 3, 4, 5 đã giảm thời gian lưu từ 20,16 ngày (đợt 1) xuống 10,08 ngày (đợt 5), mặt khác tốc độ tăng trưởng của tảo trong hồ ở đợt 1 lớn hơn ở đợt 2, 3, 4, 5 đã làm giảm hiệu suất xử lý PO4 3- -P của hồ tùy tiện xuống. - Hiệu suất xử lý Coliform: Nồng độ Coliform trung bình trong nước thải vào và ra khỏi hồ tương ứng là 9,21.10 4 và 8,5.10 3 MPN/100 mL (tương đương với 4,91 và 3,70 log). Như vậy, hồ tùy tiện đã xử lý được 1,03 log của nồng độ Coliform trong nước thải. Kết quả này phù hợp với tổng hợp của Ansa E. D. O. et al. (2015) về khả năng xử lý Coliform của hệ thống HSH đối với NTSH nằm trong khoảng 1-5 log. 4.1.3. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của bãi lọc FWS Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải vào bãi lọc FWS và hiệu suất xử lý của bãi lọc FWS trong các đợt thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.4, Bảng 4.5 và Hình 4.2. Bảng 4.4. Tải lượng trung bình các chất ô nhiễm trong nước thải vào bãi lọc FWS của các đợt thí nghiệm (kg/ha/ngày) TT Thông số Đợt thí nghiệm Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 1 BOD5 46,91±24,09 41,11±11,67 39,47±12,68 57,14±2,86 60,80±11,50 2 TN 8,00±2,71 20,42±5,05 24,50±6,24 47,25±3,03 49,33±4,16 3 NH4 + -N 5,24±2,00 18,51±6,23 16,72±5,18 36,02±4,91 41,50±6,05 4 NO3 - -N 5,3±1,21 3,44±0,63 4,80±1,01 7,38±1,91 8,07±1,03 5 PO4 3- -P 0,18±0,16 0,88±0,21 1,33±0,11 3,32±0,45 3,55±0,59 Bảng 4.5. Nồng độ trung bình của các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý của bãi lọc FWS trong các đợt thí nghiệm Thông số Đơn vị Đợt thí nghiệm Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 pH 6,7 ÷ 7,8 6,5 ÷ 6,8 6,6 ÷ 6,9 6,5 ÷ 6,7 6,5 ÷ 6,9 BOD5 mg/L 8,43±4,24 10,95±2,88 10,35±3,05 15,49±0,68 15,07±2,57 TSS mg/L 4,5±1,13 1,5±0,55 3,33±1,03 6,67±2,73 5,33±2,58 TN (*) mg/L 1,5±0,58 4,33±1,53 8,67±1,53 14,67±2,31 15,67±0,58 NH4 + -N mg/L 0,81±0,24 4,10±1,60 5,79±1,54 12,1±1,57 13,08±2,14 NO3 - -N mg/L 1,35±1,09 0,72±0,10 1,13±0,21 1,87±0,28 2,17±0,17 PO4 3- -P mg/L 0,12±0,13 0,56±0,24 0,63±0,06 1,39±0,18 1,36±0,23 Coliform (**) MPN/100 mL 1.750± 1.269 Ghi chú: Số mẫu phân tích đợt 1 là n = 12; Số mẫu phân tích các đợt 2, 3, 4, 5 là n = 6; (*): Số mẫu phân tích TN đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=3; (**): Số mẫu phân tích Coliform đợt 1 là n = 4, đợt 2, 3, 4, 5 là n=0. - Sự thay đổi pH của nước thải sau xử lý: Nước thải ra khỏi bãi lọc FSW có giá trị pH nằm trong khoảng trung tính và khá ổn định trong các đợt thí nghiệm, dao động từ 6,50-7,80. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Tải trọng BOD5 trung bình trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong khoảng từ 46,91- 106,46 kg/ha/ngày. Nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5 với các giá trị tương ứng là 8,43 mg/L; 10,95 mg/L; 10,35 mg/L; 15,49 mg/L và 15,07 mg/L. Hiệu suất xử lý BOD5 trung bình giảm dần từ đợt 1 tới đợt 5 với các mức tương ứng là 82,04%; 66,72%; Hình 4.2. Hiệu suất xử lý trung bình của bãi lọc FWS theo các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt 15 60,67%; 52,55% và 50,43%. Như vậy, khi tăng HLR vào bãi lọc, đồng thời giảm HRT ứng ở các đợt thí nghiệm là (0,10; 0,125; 0,15; 0,175; 0,20) m3/m2/ngày và (6,36; 5,09; 4,24; 3,64; 3,18) ngày đã làm giảm không đáng kể Hiệu quả xử lý BOD5 của bãi lọc này. Hiệu suất xử lý BOD5 của bãi lọc FWS ở các đợt 2, 3, 4 và 5 giảm tương ứng so với đợt 1 là 15,32%; 21,37%; 29,48% và 31,60%. -Hiệu suất xử lý TSS: Nồng độ TSS trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần theo các đợt thí nghiệm. Nồng độ TSS trung bình dao động trong khoảng 1,50-6,67 mg/L, thấp nhất ở đợt 2 và cao nhất ở đợt 4. Hiệu suất xử lý TSS trung bình ở các đợt thí nghiệm từ đợt 1 đến đợt 5 tương ứng là 80,13%; 92,68%; 84,50%; 42,03%; 60,98%. Khi tăng HLR lên 0,125 và 0,15 m3/m2/ngày vào bãi lọc thì mức độ ảnh hưởng đến khả năng xử lý TSS của bãi lọc là không đáng kể. Nhưng khi tăng HLR lên mức 0,175 và 0,20 m 3 /m 2 /ngày thì đã làm giảm đáng kể hiệu suất xử lý TSS của bãi lọc này. - Hiệu suất xử lý Nitơ của bãi lọc FWS: Tải trọng trung bình của TN, NH4 + -N và NO3 - -N trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong các khoảng tương ứng là 8,00-49,33; 5,24-41,50; 5,30-8,07 kg/ha/ngày. Nồng độ trung bình của TN, NH4 + -N và NO3 - -N trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần ở các đợt thí nghiệm, với các khoảng dao động tương ứng là 1,50 – 15,67 mg/L, 0,81- 13,08 mg/L và 1,35-2,17 mg/L. Hiệu suất xử lý trung bình TN, NH4 + -N và NO3 - -N của bãi lọc này giảm dần từ đợt 1 đến đợt 5. Khi tăng HLR vào bãi lọc lên 0,125 m3/m2/ngày (đồng thời giảm HRT xuống 5,09 ngày) thì hiệu suất xử lý TN, NH4 + -N và NO3 - -N của bãi lọc này giảm không đáng kể. Nhưng khi tăng HLR vào bãi lọc lên 0,15; 0,175 và 0,20 m 3 /m 2 /ngày (đồng thời HRT xuống 4,24; 3,64; 3,18 ngày tương ứng) đã làm giảm hiệu suất xử lý TN, NH4 + -N và NO3 - -N của bãi lọc này khá nhiều. Hiệu suất xử lý trung bình TN, NH4 + -N và NO3 - -N của đợt 1 và đợt 5 tương ứng là 81,25%; 84,56%; 74,63% và 36,49%; 36,97%; 46,15%. Điều đó cho thấy khả năng xử lý Nitơ của bãi lọc FWS chịu ảnh hưởng rất lớn của HLR và HRT trong bãi lọc. - Hiệu suất xử lý PO4 3- -P: Tải trọng trung bình của PO4 3- -P trong nước thải vào bãi lọc FWS dao động trong khoảng từ 0,18-3,55 kg/ha/ngày. Nồng độ PO4 3- -P trong nước thải ra khỏi bãi lọc FWS có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5, dao động trong khoảng từ 0,12-1,39 mg/L, thấp nhất ở đợt 1 và cao nhất ở đợt 4. Hiệu suất xử lý PO4 3- -P trung bình giảm dần từ mức 33,49% (đợt 1) xuống mức 23,41% (đợt 5). Như vậy, khi tăng Q vào bãi lọc lên ở các đợt 2, 3, 4 và 5 thì hiệu suất xử lý PO4 3- -P của bãi lọc này cũng giảm dần nhưng mức giảm không đáng kể. - Hiệu suất xử lý Coliform Số Coliform trung bình trong nước thải vào và ra khỏi bãi lọc FWS khá thấp tương ứng là 8.500 và 1.750 MPN/100 mL (tương đương với 3,93 và 3,24 log). Như vậy, bãi lọc FWS trung bình đã xử lý được 0,69 log số Coliform có trong nước thải từ hồ tùy tiện. 4.1.4. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình 1 Nước thải sau xử lý của mô hình 1 là dòng nước thải ra khỏi bãi lọc FWS với nồng độ các thông số được thể hiện trong Bảng 4.5. Hiệu suất xử lý nước thải của mô hình 1 được thể hiện trong Hình 4.3. - Sự thay đổi pH của nước thải sau xử lý: Nước thải sau xử lý của mô hình 1 có pH trung tính, dao động trong khoảng từ 6,5-7,8. - Hiệu suất xử lý chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Nồng độ BOD5 trung bình trong nước thải ra khỏi mô hình 1 có xu hướng tăng dần từ đợt 1 đến đợt 5. Tuy nhiên giá trị nồng độ BOD5 trung bình trong nước sau xử lý của mô hình vẫn ở mức thấp (<20 mg/L) hiệu suất xử lý BOD5 trung bình của mô hình 1 từ đợt 1 đến đợt 5 khá ổn định, thay đổi không đáng kể, với các giá trị tương ứng là 89,90%; 87,10%; 87,59%; 81,40%; 81,61%. Như vậy, khi tăng lưu lượng nước thải vào mô hình