Báo cáo Hợp tác nghiên cứu để phát triển các giải pháp xử lý nước thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp

Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn Viện Khoa học Thuỷ Lợi -----o0o----- báo cáo tổng kết Đề tài hợp tác nghiên cứu theo nghị định th− về KHCN năm 2005 Hợp tác nghiên cứu để phát triển các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp Chủ nhiệm dự án: PGS. TS. Nguyễn Thế Quảng 6725 28/01/2008 Hà nội, 2006 Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 1 Mục lục Mở đầu ............................................................................................................... 4 Ch−ơng I: Nghiên cứu tổng quan về các công nghệ xử lý n−ớc thải đô thị và tái sử dụng n−ớc thải trong nông nghiệp ................................................... 6 I.1. Khái quát về các ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải ..................................................6 I.1.1. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp cơ học ..................................................7 I.1.2. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp hoá - lý: ..............................................7 I.1.3. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp sinh học ...............................................8 I.1.4. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp tổng hợp...............................................8 I.2. Cơ sở và các tiêu chí để lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải phù hợp............11 I.2.1. Thành phần của n−ớc thải ........................................................................11 I.2.2. Tính chất của n−ớc thải: ...........................................................................13 I.2.3. Tiêu chí lựa chọn công nghệ và công trìnhxử lý n−ớc thải (XLNT) ..........16 I.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu xử lý n−ớc thải trong và ngoài n−ớc ........17 I.3.1. Ngoài n−ớc................................................................................................17 I.3.2. Trong n−ớc ................................................................................................20 I.4. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải sản xuất trong nông nghiệp trên thế giới và trong n−ớc .............................................................................................22 I.4.1. Tổng quan về sự cần thiết của việc tái sử dụng n−ớc thải: .......................22 I.4.2. Yêu cầu về chất l−ợng n−ớc thải tái sử dụng cho nông nghiệp .................24 I.4.3. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải trên thế giới ......................25 I.4.4. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải ở Việt Nam .......................26 I.5. Giới thiệu về năng lực của cơ quan đối tác - Viện nghiên cứu Kỹ thuật Môi tr−òng ICIM – Bucarest : .......................................................................................29 I.5.1. Giới thiệu về đất n−ớc Rumani..................................................................29 I.5.2. Giới thiệu về Viện ICIM............................................................................29 1.5.3. Một số ch−ơng trình, dự án nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực xử lý n−ớc thải và bảo vệ môi tr−ờng mà Viện ICIM đã thực hiện......................................29 I.5.4. Một số nghiên cứu điển hình về xử lý và tái sử dụng n−ớc thải đ−ợc Viện ICIM trao đổi với Viện KHTL Việt Nam trong quá trình thực hiện đề tài ........30 Ch−ơng II: Hiện trạng khu vực nghiên cứu (thị trấn Lim – huyện Tiên Du - tỉnh Bắc Ninh) ............................................................................................... 34 II.1. Điều kiện tự nhiên thị trấn Lim - huyện Tiên Du ...........................................34 II.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của thị trấn Lim..............................34 II.1.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội ............................................................34 II.1.3. Hạ tầng cơ sở:..........................................................................................37 II.1.4. Quy hoạch phát triển thị trấn Lim đến năm 2020 ...................................39 II.2. Đặc điểm vùng xây dựng mô hình (thôn Lũng Giang) ...................................41 II.2.1. Đặc điểm tự nhiên....................................................................................41 II.2.2. Tình hình dân sinh kinh tế, xã hội ...........................................................42 Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 2 II.3. Hiện trạng chất l−ợng môi tr−ờng thị trấn Lim...............................................43 II.3.1. Hiện trạng môi tr−ờng n−ớc ....................................................................43 II.3.1.1. Đánh giá chất l−ợng n−ớc thải đô thị ...................................................44 II.3.1.2. Đánh giá chất l−ợng n−ớc trên các kênh t−ới tiêu và ao hồ khu vực thị trấn Lim..............................................................................................................49 II.3.1.3. Đánh giá chất l−ợng n−ớc sinh hoạt khu vực thị trấn Lim ...................54 II.3.2. Hiện trạng sử dụng n−ớc thải để t−ới ......................................................57 II.3.3. Hiện trạng sử dụng phân bón và hoá chất BVTV ....................................58 II.3.4. Hiện trạng chất thải rắn thị trấn Lim......................................................58 II.4. Hiện trạng quản lý môi tr−ờng thị trấn lim .....................................................59 II.4.1. Hiện trạng cơ cấu tổ chức và mô hình quản lý tiêu thoát n−ớc...............59 II.4.2. Mô hình cơ cấu tổ chức và quản lý đội vệ sinh của thị trấn....................60 Ch−ơng III: Quy trình công nghệ xử lý và tái sử dụng n−ớc thải cho thôn Lũng Giang – thị trấn Lim............................................................................. 62 III.1. Lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải cho thôn Lũng Giang - thị trấn Lim - tỉnh Bắc Ninh ..........................................................................................................62 III.1.1. Cơ sở tính toán hệ thống XLNT cho khu vực mô hình............................62 III.1.2. Lựa chọn công nghệ XLNT cho khu mô hình bằng PP cơ học ...............62 III.1.3. Lựa chọn công nghệ XLNT cho khu mô hình bằng PP sinh học ............65 III.1.4. So sánh lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải thôn Lũng Giang...............70 III.1.5. Thuyết minh thiế́t kế công nghệ mô hình XLNT cho thôn Lũng Giang...77 III.2. Vận hành và bảo d−ỡng mô hình thoát n−ớc và sử lý n−ớc thải: ...................82 Ch−ơng IV: Quy hoạch môi tr−ờng và xây dựng mô hình điểm xử lý môi tr−ờng thôn Lũng giang - thị trấn Lim - Tiên Du - tỉnh Bắc Ninh ............ 83 IV.1. Hiện trạng thoát n−ớc và xử lý n−ớc thải ......................................................83 IV1.1 Hiện trạng nguồn n−ớc thải và hình thức tiêu thoát n−ớc........................83 IV.1.2. ảnh h−ởng của hệ thống thoát n−ớc tới vấn đề xã hội và môi tr−ờng....86 IV.2. Ph−ơng án quy hoạch tiêu thoát n−ớc thải.....................................................86 IV.2.1. Mục tiêu..................................................................................................86 IV.2.2. Ph−ơng án quy hoạch .............................................................................87 IV.3. Tính toán các thông số kỹ thuật ....................................................................89 IV.3.1. Cơ sở tính toán hệ thống xử lý n−ớc thải................................................89 IV.3.2. Tính toán các tuyến tiêu quy hoạch........................................................89 VI.3.3. Dự toán quy hoạch ................................................................................92 IV.4. Xây dựng mô hình xử lý n−ớc thải thôn Lũng Giang....................................93 Ch−ơng V: Mô hình quản lý vận hành hệ thống xử lý chất thải thôn Lũng Giang - thị trấn Lim - tỉnh Bắc Ninh ............................................................ 95 V.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu mô hình quản lý vận hành hệ thống xử lý chất thải...................................................................................................................95 V.1.1. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................95 V.1.2. Nội dung nghiên cứu................................................................................95 V.2. Ph−ơng pháp tiếp cận và cơ sở lựa chọn mô hình quản lý ..............................95 Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 3 V.2.1. Ph−ơng pháp tiếp cận trong nghiên cứu mô hình quản lý .......................95 V.2.2. Yêu cầu đối với mô hình quản lý..............................................................96 V.2.3. Cơ sở để lựa chọn mô hình quản lý ........................................................96 V.3. Mô hình quản lý vận hành hệ thống xử lý n−ớc thải ......................................97 V.3.1. Các b−ớc xây dựng mô hình quản lý......................................................967 V.3.2. Xây dựng mô hình tổ chức quản lý vận hành hệ thống xử lý n−ớc thải tập trung thôn Lũng Giang .....................................................................................967 V.3.3. Tổ chức truyền thông và tập huấn kỹ thuật chuyển giao công nghệ......968 V.3.1. H−ớng dẫn quản lý vận hành mô hình xử lý n−ớc thải thôn Lũng Giang ..........................................................................................................................968 V.4. Nhận xét chung.............................................................................................102 Ch−ơng VI: Chất l−ợng n−ớc thải sau xử lý, đánh giá hiệu quả và diễn biến môi tr−ờng sinh thái thôn Lũng Giang............................................... 103 VI.1. Đánh giá hiệu quả về mặt môi tr−ờng .........................................................103 VI.1.1. Đánh giá diễn biến chất l−ợng đất, n−ớc .............................................103 IV.1.2. Đánh giá hiệu quả xử lý n−ớc thải .......................................................111 VI.2. Đánh giá diễn biến môi tr−ờng sinh thái .....................................................116 VI.3. Đánh giá những tác động của mô hình đến nếp sống, ý thức cộng đồng....117 Ch−ơng VII: Đánh giá hiệu quả kinh tế – xã hội của việc tái sử dụng n−ớc thải đã qua xử lý trong nông nghiệp ........................................................... 118 VII.1. Tình hình sử dụng giống lúa, phân bón, sâu bệnh xuất hiện và thuốc diệt sâu bệnh ở khu thí nghiệm................................................................................118 VII.2. Sinh tr−ởng, phát triển, năng suất lúa trên ruộng t−ới bằng n−ớc thải đã xử lý và n−ớc th−ờng.........................................................................................118 VII.3. Nhận xét ................................................................................................119 Kết luận - Kiến nghị...................................................................................... 120 1. Kết luận.............................................................................................................120 2. Kiến nghị ..........................................................................................................121 Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 122 Phụ lục: Tài liệu tập huấn h−ớng dẫn vận hành mô hình xử lý n−ớc thải và nâng cao nhận thức cộng đồng .................................................................... 124 Phụ lục 1: Tờ rơi h−ớng dẫn quản lý hệ thống thoát n−ớc và xử lý n−ớc thải cho khu dân c− thôn Lũng Giang – thị trấn Lim – tỉnh Bắc Ninh...............................125 Phụ lục 2: Công nghệ xử lý chất thải sản xuất, sinh hoạt và chăn nuôi bằng bể biogas....................................................................................................................128 Phụ lục 3: Xử lý phân chuồng và rác thải SH bằng công nghệ ủ hợp vệ sinh ......133 Phụ lục 4: Quy trình tăng c−ờng hiệu quả xử lý n−ớc thải sinh hoạt bằng biện pháp bổ sung chế phẩm vi sinh......................................................................................136 Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 4 mở đầu Mặc dù thời gian gần đây, vấn đề xử lý n−ớc thải đã bắt đầu đ−ợc sự quan tâm của các cơ quan nghiên cứu, của chính quyền các cấp nh−ng vấn đề n−ớc thải và xử lý n−ớc thải vẫn là vấn đề nổi cộm ở n−ớc ta. N−ớc thải đô thị, n−ớc thải sinh hoạt, n−ớc thải từ các quá trình sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, nông thuỷ sản không đ−ợc xử lý xả thẳng ra môi tr−ờng đang hàng ngày hàng giờ ảnh h−ởng đến môi tr−ờng, điều kiện sống và sức khoẻ của ng−ời dân. Vì vậy, việc xử lý n−ớc thải rất cần sự phối hợp tham gia của nhiều cơ quan. Bên cạnh đó, với điều kiện thời tiết của Việt Nam, trong năm thời kỳ khô hạn th−ờng kéo dài từ 3-5 tháng, vấn đề hiểu và tái sử dụng n−ớc thải trong sản xuất nông nghiệp trở nên vô cùng thiết thực. N−ớc thải, đặc biệt là n−ớc thải đô thị, n−ớc thải chế biến nông thuỷ sản sau khi đ−ợc xử lý lại trở thành nguồn dinh d−ỡng quý báu cho cây trồng, và góp phần tiết kiệm đ−ợc phân bón và n−ớc t−ới cho nhà nông. Đề tài hợp tác nghiên cứu theo nghị định th− về khoa học công nghệ năm 2005 với chính phủ Rumani “Hợp tác nghiên cứu để phát triển các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp” cũng nhằm mục đích xử lý n−ớc thải đô thị để bảo đảm phát triển môi tr−ờng bền vững và tái sử dụng n−ớc thải đã xử lý cho sản xuất nông nghiệp. * Mục tiêu của đề tài: - Hợp tác nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết bị phù hợp để xử lý n−ớc thải đô thị và công nghiệp đạt yêu cầu tiêu chuẩn n−ớc cho sản xuất nông nghiệp. - ứng dụng đ−ợc các giải pháp tổng hợp để tái sử dụng n−ớc thải đô thị cho nông nghiệp. Trên cơ sở đó phổ biến rộng rãi cho vùng có điều kiện t−ơng tự và đào tạo nâng cao trình độ cán bộ khoa học công nghệ trong lĩnh vực xử lý n−ớc thải. * Nội dung nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu tổng quan: Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, các kết quả đã nghiên cứu trong và ngoài n−ớc về công nghệ, thiết bị xử lý và các giải pháp tái sử dụng n−ớc thải đô thị và công nghiệp nhằm đánh giá kết quả, các hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu, tính thực tế và phù hợp trong điều kiện Việt Nam. - Điều tra khảo sát: + Điều tra, đánh giá thực trạng tình hình xử lý và tái sử dụng n−ớc thải ở các đô thị, các khu công nghiệp vừa và nhỏ vùng Đồng bằng sông Hồng. + Lựa chọn địa điểm để nghiên cứu chi tiết và xây dựng mô hình mẫu - Qui hoạch thoát n−ớc và xử lý n−ớc thải cho điểm lựa chọn: + Điều tra, khảo sát các yếu tố phục vụ công tác qui hoạch: Dân c− và phân bố dân c−, các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, hiện trạng môi tr−ờng, tình hình Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 5 sản xuất, thành phần và khối l−ợng n−ớc thải, khả năng tái sử dụng n−ớc thải trong nông nghiệp tại địa điểm lựa chọn xây dựng mô hình (thị trấn Lim). + Qui hoạch xử lý n−ớc thải cho khu đô thị theo kiểu phân tán nhỏ + Qui hoạch khu tái sử dụng n−ớc thải: - Nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết bị xử lý và tái sử dụng n−ớc thải đô thị: + Lựa chọn các loại công nghệ xử lý phù hợp với từng loại n−ớc thải dựa trên nguyên tắc: công nghệ đơn giản, rẻ tiền, dễ quản lý, vận hành và tận dụng tối đa các điều kiện sẵn có của địa ph−ơng. + Nghiên cứu tái sử dụng n−ớc thải để t−ới: sơ đồ t−ới, kỹ thuật t−ới, quản lý chất l−ợng nguồn n−ớc t−ới - Xây dựng mô hình công nghệ xử lý và tái sử dụng n−ớc thải đô thị: + Xây dựng mô hình xử lý n−ớc thải qui mô nhỏ công suất 30 m3/ngày đêm bằng hệ thống bể tự hoại cải tiến cho thôn Lũng Giang - thị trấn Lim. + Kè bờ khu vực ao Các Cụ - thôn Lũng Giang tạo môi tr−ờng cảnh quan sạch đẹp và tạo thành hồ sinh học tự nhiên xử lý n−ớc thải sau khi qua bể xử lý. + Xây hệ thống kênh hai bên bờ ao Các Cụ để dẫn n−ớc vào bể xử lý. + Lắp đặt bộ cửa van cống điều tiết để điều tiết n−ớc thải vào ô ruộng thí nghiệm t−ới lúa. - Xây dựng mô hình tổ chức quản lý xử lý và tái sử dụng n−ớc thải: + Tổ chức thực hiện, xây dựng các mô hình + Tổ chức quản lý vận hành, điều hành khu t−ới n−ớc thải + Sửa chữa và bảo d−ỡng các mô hình - Đánh giá hiệu quả của các mô hình: + Tác dụng cải thiện môi tr−ờng, diễn biến môi tr−ờng sinh thái trong khu vực + Nâng cao ý thức cộng đồng + Tận dụng nguồn n−ớc, nguồn dinh d−ỡng cho cây trồng - Chuyển giao kết quả nghiên cứu: + Mở các lớp tập huấn, vận động sự tham gia của cộng đồng, chuyển giao kết quả nghiên cứu cho địa ph−ơng, các cơ quan chức năng và những đơn vị liên quan. + Phổ biến kết quả nghiên cứu cho các vùng có điều kiện t−ơng tự. - Trao đổi hợp tác với chuyên gia RUMANI: + Trao đổi kinh nghiệm về lựa chọn công nghệ, thiết bị xử lý n−ớc thải sinh hoạt các khu đô thị và ven đô. + Phổ biến kết quả nghiên cứu của dự án cho các vùng có điều kiện t−ơng tự ở RUMANI và Việt Nam. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 6 Ch−ơng I: Nghiên cứu Tổng quan về các công nghệ xử lý n−ớc thải đô thị và tái sử dụng n−ớc thải trong nông nghiệp I.1. Khái quát về các ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải Để xử lý n−ớc thải, tuỳ theo đặc điểm, thành phần, tính chất của n−ớc thải, cần có các ph−ơng pháp xử lý khác nhau (xem hình 1.1). Trên thực tế, ba ph−ơng pháp sau đây th−ờng đ−ợc ứng dụng: cơ học, hoá-lý, sinh hoá (hoặc sinh học). Để loại trừ các vi khuẩn gây bệnh trong n−ớc thải cần tiến hành khử trùng n−ớc tr−ớc khi xả ra sông, hồ... N−ớc thải Bùn thứ cấp Cặn sơ cấp Hình 1.1. Các ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải Tách các chất không hoà tan phân tán thô (Ph−ơng pháp cơ học hoặc hoá lý) Tách các chất hữu cơ trong n−ớc thải nhờ sinh vật, vi sinh vật (ph−ơng pháp sinh học) Tách các chất dinh d−ỡng N,P (bằng các biện pháp sinh học hoặc hoá học) ổn định bùn cặn (Ph−ơng pháp lên men kỵ khí hoặc ổn định hiếu khí) Khử trùng (clo, ozôn...) Xả ra nguồn (Tăng c−ờng khả năng tự làm sạch nguồn n−ớc) Làm khô bùn cặn (Biện pháp trọng lực, ép lọc hoặc lọc chân không) Sử dụng bùn cặn làm phân bón... Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 7 I.1.1. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp cơ học Xử lý cơ học là loại các tạp chất không hoà tan ra khỏi n−ớc thải bằng cách gạn lọc, lắng và lọc. Các lực trọng tr−ờng, lực ly tâm đ−ợc áp dụng để tách các tạp chất không hoà tan ra khỏi n−ớc thải. Ph−ơng pháp xử lý cơ học th−ờng đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng cao. Các công trình, thiết bị xử lý cơ học th−ờng dùng nh− song chắn, l−ới chắn rác, bể lắng, bể lọc... Xử lý cơ học để tách cặn lắng trong n−ớc thải bằng song chắn rác, các bể lắng cát, lắng đợt I, bể lắng 2 vỏ, bể tự hoại, bể biogas (trong phạm vi hộ gia đình - xử lý tại chỗ kiểu phân tán). Song chắn rác để loại các loại rác và các tạp chất có kích th−ớc lớn hơn 5 mm, các tạp chất nhỏ hơn 5 mm th−ờng ứng dụng l−ới chắn. Bể lắng cát để loại các tạp chất vô cơ và chủ yếu là cát trong n−ớc thải. Bể vớt mỡ, dầu, dầu mỡ: Các loại công trình này th−ờng đ−ợc ứng dụng khi xử lý n−ớc thải công nghiệp, nhằm để loại các tạp chất nhẹ hơn n−ớc: mỡ, dầu mỏ... và tất cả các dạng chất nổi khác. Bể lắng để loại các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng n−ớc. Bể lọc để loại các chất ở trạng thái lơ lửng kích th−ớc nhỏ bé bằng cách lọc chúng qua l−ới lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc. I.1.2. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp hoá - lý: Đây là ph−ơng pháp sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý n−ớc thải. Thực chất của ph−ơng pháp hoá học là đ−a vào n−ớc thải chất phản ứng nào đó. Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn chứa trong n−ớc thải và có khả năng loại chúng ra khỏi n−ớc thải d−ới dạng cặn lắng hoặc d−ới dạng hoà tan không độc hại. Thí dụ ph−ơng pháp trung hòa n−ớc thải chứa a xit và kiềm, ph−ơng pháp o xy hoá... Các quá trình hóa - lý sẽ hợp khối các phần tử chất bẩn lại với nhau, chuyển hóa các hợp chất hòa tan trong n−ớc thành các chất không tan, có khả năng keo tụ, qua đó tăng kích th−ớc và trọng l−ợng dẫn đến tăng c−ờng khả năng lắng của chúng, (ví dụ: chất kết tủa có thể sử dụng để loại bỏ phốtpho), hoặc tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh (ví dụ: khử trùng bằng clo). Các công trình xử lý hoá học và hóa lý th−ờng kết hợp với xử lý cơ học. Các ph−ơng pháp hoá lý th−ờng ứng dụng để xử lý n−ớc thải là: ph−ơng pháp keo tụ, hấp phụ, trích ly, cô bay hơi, tuyển nổi... Ph−ơng pháp hoá học và hoá lý đ−ợc ứng dụng chủ yếu để xử lý n−ớc thải công nghiệp vì nó có hiệu quả xử lý cao, tuy nhiên rấ́t đắt tiền và th−ờng tạo thành các loại sản phẩm phụ độc hại hoặc sản phẩm phụ dạng rắn, bền vững trong môi tr−ờng, khó xử lý hoàn toàn. Phụ thuộc vào điều kiện địa ph−ơng và mức độ cần thiết Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 8 xử lý mà ph−ơng pháp xử lý hoá học hay hoá lý là giai đoạn cuối cùng (nếu nh− mức độ xử lý đạt yêu cầu có thể xả n−ớc ra nguồn) hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ (thí dụ khử một vài các liên kết độc hại ảnh h−ởng đến chế độ làm việc bình th−ờng của các công trình xử lý). I.1.3. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp sinh học Mục đích của ph−ơng pháp này là tách các hợp chất hữu cơ nhờ hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí hoặc yếm khí. Thực chất của ph−ơng pháp sinh hoá là quá trình khoáng hoá các chất bẩn hữu cơ chứa trong n−ớc thải ở dạng hoà tan, keo và phân tán nhỏ nhờ các quá trình sinh hoá dựa vào sự hoạt động của vi sinh vật có khả năng tiờu thụ các chất bẩn hữu cơ chứa trong n−ớc thải. Các quá trình xử lý n−ớc thải sinh học thể hiện thông qua các hoạt động của hệ các vi sinh vật trong n−ớc thải và trong tự nhiên. Các vi sinh vật này sẽ tiêu thụ và chuyển hóa các tạp chất hữu cơ và sản sinh ra các hợp chất đơn giản hơn (ví dụ: điôxit cácbon (CO2) và mê tan (CH4)). Các vi sinh vật này phát triển mạnh trong các môi tr−ờng hoặc hiếu khí, hoặc kỵ khí, hoặc thiếu ô xy. Ví dụ, các vi sinh vật hiếu khí ô xy hóa chất hữu cơ có chứa Nitơ và Amôniắc (NH3) thành nitrit (NO2 -) và nitrat (NO3 - ). Các vi sinh vật khác có thể chuyển hóa theo h−ớng kỵ khí - biến Nitrat thành Nitơ (N2). Tuỳ theo các điều kiện làm thoáng, ph−ơng pháp xử lý sinh học đ−ợc chia làm 2 dạng: - Dạng thứ nhất gồm các công trình mà quá trình làm thoáng gần nh− trong tự nhiên: cánh đồng t−ới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật... Trong điều kiện khí hậu n−ớc ta, các công trình xử lý sinh học tự nhiên có một ý nghĩa lớn. Thứ nhất nó giải quyết vấn đề làm sạch n−ớc thải đến mức độ cần thiết, thứ hai nó phục vụ t−ới ruộng, làm mầu mỡ đất đai và nuôi cá, cuối cùng, chi phí vận hành các công trình này th−ờng thấp hơn so với các ph−ơng pháp khác. - Dạng thứ hai gồm các công trình làm thoáng đ−ợc thực hiện trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học nhỏ giọt (biôphin nhỏ giọt), bể lọc sinh học cao tải, aêrôten, hồ sinh học làm thoáng nhân tạo. I.1.4. Xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp tổng hợp Tùy theo yêu cầu bảo vệ môi tr−ờng n−ớc, bảo vệ sức khỏe nhân dân, thành phần, tính chất các loại n−ớc thải cần xử lý và các điều kiện kinh tế - xã hội - tự nhiên khác mà tất cả hoặc một phần các ph−ơng pháp trên đ−ợc thực hiện đồng thời nhằm xử lý triệt để các chất gây ô nhiễm có trong n−ớc thải với mức chi phí hợp lý. Sơ đồ trên hình 2.1 là một ví dụ về XLNT bằng ph−ơng pháp tổng hợp. Khử trùng: Giai đoạn khử trùng để tiêu diệt vi khuẩn gây hại tr−ớc khi xả n−ớc vào nguồn. Các hoá chất dùng để khử trùng nh−: hơi clo, Hypoclorit-canxi Ca(ClO)2, n−ớc javen Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 9 NaClO2, ozon, tia cực tím. Đây là công việc tốn kém nên chúng th−ờng đ−ợc áp dụng ở những khu vực có điều kiện kinh tế phát triển, có thể đáp ứng chi phí xây dựng và vận hành, hay do yêu cầu chất l−ợng n−ớc đ−ợc xử lý ở mức cao để bảo vệ nguồn n−ớc và khu vực nhạy cảm môi tr−ờng. Xả n−ớc thải vào nguồn tiếp nhận N−ớc thải sinh hoạt sau khi đã thu gom vận chuyển về trạm xử lý khi đã đ−ợc xử lý sinh học, n−ớc thải đ−ợc xả ra nguồn tiếp nhận. Đối với địa bàn nghiên cứu thì nguồn tiếp nhận chủ yếu là các sông, m−ơng, ao, hồ, đầm và các cánh đồng canh tác nông nghiệp. Có 3 ph−ơng pháp xả n−ớc vào nguồn tiếp nhận: • Xả n−ớc thải vào cánh đồng t−ới: Là ph−ơng pháp dùng hệ thống m−ơng đất dẫn n−ớc thải ra đồng ruộng, cho phân tán n−ớc thải ra nhiều nhánh. Một phần n−ớc sẽ bay hơi, một phần ngấm vào đất tạo độ ảm và cung cấp một phần dinh d−ỡng cho cây trồng. Phạm vi áp dụng ở những nơi có l−ợng n−ớc thải nhỏ, vùng đất khô cằn nằm xa khu dân c−, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu ẩm. Cánh đồng t−ới không đ−ợc trồng rau xanh và cây thực phẩm ăn trực tiếp vì mầm bệnh và kim loại nặng ch−a đ−ợc loại bỏ hết. • Xả n−ớc thải vào giếng thấm hay bãi thấm: Dùng khi n−ớc thải có l−u l−ợng nhỏ, đất có hệ số thấm thích hợp, ở khu vực không dùng giếng khơi, n−ớc thải không chứa hoá chất độc hại. Ph−ơng pháp này gọi là quá trình làm sạch bằng thấm lọc tự nhiên trong đất. • Xả n−ớc thải vào sông, hồ, ao, đầm: Đây là ph−ơng pháp xả n−ớc thải sau khi đã xử lý sơ bộ vào vực n−ớc tự nhiên sẵn có (hồ, ao…) hay nhân tạo, đóng vai trò nh− các hồ sinh học để xử lý n−ớc thải. Tại đây ng−ời ta tận dụng khả năng tự làm sạch của vực n−ớc tự nhiên hay nhân tạo (sông, hồ), nơi xảy ra đồng thời các quá trình: pha loãng n−ớc thải với n−ớc nguồn, ôxy hoá các chất nhiễm bẩn hữu cơ hoà tan nhờ các vi sinh vật hiếu khí (sử dụng ôxy hoà tan trong n−ớc) ở tầng n−ớc mặt và phân huỷ kị khí (không có ôxy) các cặn lắng tầng d−ới. ở tâng n−ớc giữa là các nhóm vi sinh vật tuỳ tiện hoạt động. Đối với hồ sinh học nhân tạo, chiều sâu hồ th−ờng từ 0,5 - 1,5 m. Hồ sinh học th−ờng đ−ợc chia làm nhiều ngăn (bậc). Các ngăn cuối nông hơn các ngăn đầu. Có thể trồng, thả các cây thuỷ sinh (bèo, dong, ngổ, cỏ nến, sậy, lác, …) để tăng c−ờng hiệu quả xử lý. Có thể nuôi cá ở các ngăn sau của chuỗi hồ sinh học. Ph−ơng pháp này có −u điểm là: - Lợi dụng ao hồ có sẵn ở địa ph−ơng, không đòi hỏi nhiều vốn đầu t− - Công tác vận hành bảo d−ỡng đơn giản, không cần trông nom th−ờng xuyên - Có thể kết hợp để nuôi trồng thuỷ sản. Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp: Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 10 Nếu l−ợng chất thải (chất hữu cơ, chất dinh d−ỡng) quá cao, sẽ làm cho hệ sinh vật hiếu khí trong hồ hoạt động mạnh, lấy hết ôxy hoà tan trong n−ớc, dẫn đến không động vật nào sống nổi. Mặt khác, tảo sẽ phát triển mạnh khi hồ bị phú d−ỡng. Đến khi hết nguồn dinh d−ỡng thì các hệ sinh vật, đặc biệt là tảo bị chết hàng loạt, khi đó n−ớc hồ sẽ bị ô nhiễm nặng, gây mùi hôi thối (hồ chết). Xử lý bù̀n, cặn của n−ớc thải: Trong quá trình xử lý n−ớc thải, bằng bất kỳ ph−ơng pháp nào cũng tạo nên một l−ợng cặn đáng kể. Các chất không hoà tan ở bể lắng đợt I đ−ợc gọi là cặn t−ơi. Còn cặn lắng sau giai đoạn xử lý sinh học đ−ợc gọi là màng vi sinh (nếu dùng biôphin) và bùn hoạt tính (nếu dùng aêrôten), cặn lắng sau các công trình xử lý sinh học hay bị giữ lại ở bể lắng đợt II. Nói chung, các loại cặn trên đều có mùi hôi thối khó chịu (nhất là cặn t−ơi) và đó là sự biểu hiện trạng thái nguy hiểm về ph−ơng diện vệ sinh. Do vậy mà cặn nhất thiết phải đ−ợc xử lý thích đáng. Để giảm hàm l−ợng các chất hữu cơ trong cặn và để đạt đ−ợc các chỉ tiêu về mặt vệ sinh trong thực tế ng−ời ta th−ờng ứng dụng ph−ơng pháp xử lý sinh học yếm khí trong các công trình t−ơng ứng: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể mêtan. Ưu điểm của ph−ơng pháp xử lý sinh học là tận dụng đ−ợc điều kiện tự nhiên, giảm chi phí năng l−ợng và hóa chất, đơn giản và rẻ tiền hơn so với ph−ơng pháp hóa - lý và có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ nh− thu hồi khí đốt và bùn làm phân bón. Đáy các bể xử lý sinh học hay các bể lắng n−ớc thải có các chất không hoà tan nh− rác, lắng cặn sản phẩm của quá trình ôxy hoá…chủ yếu là cát, thành phần vô cơ, tỷ trọng lớn đ−ợc định kỳ vớt lên phơi khô đổ san nền hoặc chế biến thành phân bón, các loại rác đ−ợc vớt lên đ−a về bãi chôn lấp rác thải. Các loại cặn lắng cặn ở hố ga gia đình, nhất là sau các chuồng trại, có hàm l−ợng hữu cơ cao, có thể vớt lên ủ với bùn trong bể xử lý sinh học làm phân vi sinh. Tái sử dụng n−ớc thải và bùn cặn trong nông nghiệp: N−ớc thải sinh hoạt chứa hàm l−ợng lớn Nitơ, Phốtpho, Kali là những chất cần thiết cho cây trồng. Vì vậy xu thế sử dụng n−ớc thải để t−ới cây và bùn cặn của nó làm phân bón ngày càng tăng. N−ớc thải sau khi lắng sơ bộ có thể sử dụng t−ới cho cây trồng. C−ờng độ t−ới phu ̣ thuộc vào đặc điểm đất, cây trồng và nồng độ các chất trong n−ớc thải và dao động từ 0,1 đến 0,2 m/m2/năm (1.000m3/ha đến 2.000m3/ha/năm ). Ph−ơng pháp t−ới là t−ới ngập hoặc t−ới phun khi dùng n−ớc thải để t−ới sản l−ợng cây trồng sẽ tăng thêm 20% đến 30%. Quá trình xử lý n−ớc thải sinh hoạt sẽ tạo nên l−ợng lớn bùn cặn (bằng khoảng 1% thể tích n−ớc thải xử lý). Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 11 Bùn cặn n−ớc thải chứa phần lớn các chất hữu cơ, Nitơ và phôt pho. Hàm l−ợng kali t−ơng đối thấp nên ng−ời ta th−ờng bổ sung thêm kali để trộn cùng bùn cặn làm phân bón. Ngoài ra hàm l−ợng CaO trong bùn cặn cao nên nó thích hợp trong việc cải tạo đất chua phèn. Trong n−ớc thải và bùn cặn của nó có chứa các loại vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán. Trong 1 gam bùn cặn chứa từ 5 đến 67 trứng giun sán. Trứng giun sán có thể tồn tại trong đất đến 1,5 năm. Vì vậy nên hạn chế t−ới n−ớc thải trong mùa thu hoạch. Đối với các loại rau ăn sống thì không đ−ợc t−ới trực tiếp n−ớc thải lên cây rau. I.2. Cơ sở và các tiêu chí để lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải phù hợp Việc lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải cho khu vực nghiên cứu cần dựa trên các cơ sở sau: - Điều kiện sản xuất, tình hình kinh tế xã hội, ph−ơng h−ớng qui hoạch sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu... - Nguồn gốc các loại n−ớc thải, l−ợng n−ớc thải phát sinh - Thành phần tính chất n−ớc thải - Đặc điểm của các nguồn tiếp nhận n−ớc thải (yêu cầu vệ sinh, đặc điểm thuỷ văn...) - Điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, khả năng cung cấp vật t− thiết bị. - Các điều kiện tự nhiên môi tr−ờng khác của địa ph−ơng. I.2.1. Thành phần của n−ớc thải N−ớc thải hay chất thải lỏng là n−ớc đã đ−ợc sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất và các mục tiêu khác. Sau khi sử dụng n−ớc bị nhiễm bẩn hay ô nhiễm đồng thời có chứa nhiều vi trùng và các chất độc hại khác. Vì vậy n−ớc thải tr−ớc khi xả vào sông, hồ (nguồn n−ớc) cần phải đ−ợc xử lý để đảm bảo thoả mãn yêu cầu bảo vệ môi tr−ờng. Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng độ bẩn của n−ớc thải; khả năng pha loãng giữa n−ớc thải với n−ớc nguồn, khả năng tự làm sạch của nguồn n−ớc và các yêu cầu về mặt vệ sinh. Để thiết kế các công trình xử lý n−ớc thải, tr−ớc tiên cần phải biết đặc điểm về thành phần và tính chất của chúng. a. Thành phần cơ bản của n−ớc thải về mặt vật lý : N−ớc thải chứa các chất rắn có các kích th−ớc khác nhau với xuất xứ khác nhau. Khoảng một phần ba đến một nửa khối l−ợng chất rắn ở dạng lơ lửng không tan còn lại phần lớn ở dạng tan và một ít ở dạng keo. Các hạt rất nhỏ mắt th−ờng khó phân biệt và làm cho n−ớc đục. Chúng th−ờng là các sản phẩm phân huỷ của các vật chất hữu cơ. Ngoài các hạt nhỏ, n−ớc thải còn chứa các hạt sỏi cát lớn, các mẩu rau, Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 12 hoa quả, vải - giẻ, giấy vụn, các mảnh chất dẻo... N−ớc thải từ hệ thống thoát n−ớc chung, khi có lẫn cả n−ớc m−a, có cuốn theo nhiều cặn lắng, đất, cát, sỏi hơn. b. Thành phần cơ bản của n−ớc thải về mặt hoá học : Các chất bẩn trong n−ớc thải bao gồm: các chất bẩn hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và sinh vật. Khi xét về thành phần của n−ớc thải cần phải biết đ−ợc nồng độ chất bẩn của nó. Nồng độ bẩn của n−ớc thải là l−ợng chất bẩn chứa trong 1 đơn vị thể tích nước thải đ−ợc tính bằng mg/l hoặc g/m3. Ngoài ra ng−ời ta còn dùng khái niệm tải l−ợng chất bẩn hay tải l−ợng ô nhiễm. Đó là l−ợng chất bẩn tính theo đơn vị khối l−ợng trên một đơn vị thời gian (g/s, kg/h, kg/ngày, tấn/năm). c. Các tạp chất không hoà tan trong n−ớc thải Để nghiên cứu các chất không hoà tan trong n−ớc thải th−ờng phải tiến hành phân tích chúng bằng cách lọc qua giấy lọc. Phần các chất không hoà tan bị giữ lại ở giấy lọc đ−ợc gọi là chất lơ lửng. Hàm l−ợng chất lơ lửng th−ờng đ−ợc xác định sau khi đã sấy khô ở nhiệt độ 1050C. Tùy theo kích th−ớc hạt, trọng l−ợng riêng của chúng và tốc độ của dòng chảy mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổi lên mặt n−ớc hoặc ở trạng thái lơ lửng. Các chất lơ lửng đ−ợc chia làm 2 loại: chất lơ lửng không lắng đ−ợc và chất lơ lửng lắng đ−ợc. Ngoài các chất lắng đ−ợc, trong n−ớc thải còn chứa các tạp chất nổi có trọng l−ợng riêng nhỏ hơn trọng l−ợng riêng của n−ớc (mỡ, dầu, dầu mỏ...). Khi lắng, các chất này nổi lên bề mặt công trình. d. Các chất keo, các chất hoà tan trong n−ớc thải - Các chất keo: Hệ keo trong n−ớc thải chia ra hai loại: keo −a n−ớc và keo kỵ n−ớc. Keo −a n−ớc: Đ−ợc đặc tr−ng bằng khả năng liên kết của các hạt phân tán với phân tử n−ớc (môi tr−ờng phân tán). Chúng th−ờng là những liên kết hữu cơ có trọng l−ợng phân tử lớn: Hydratcacbon (xenlulô, tinh bột), các prôtit (anbumin, hemôglôbin, cazein của sữa, keo động vật và keo cá), xà phòng, phần lớn các chất nhuộm hữu cơ, các vi sinh vật... Keo kỵ n−ớc: không có khả năng liên kết giữa các hạt phân tán với phân tử n−ớc. Ví dụ các keo kỵ n−ớc th−ờng gặp: đất sét, hydrôxit sắt, nhôm, silic... - Các chất hoà tan trong n−ớc thải: Thành phần hoá học của các chất keo và các chất hoà tan trong n−ớc thải chịu ảnh h−ởng rất lớn của các chất prôtit, chất béo và hydratcacbon của thực phẩm. Ngoài ra chúng chịu ảnh h−ởng của các bicacbonat, sunphat, clorua chứa trong n−ớc cấp. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 13 L−ợng keo chứa trong n−ớc thải sinh hoạt chiếm khoảng 30-40 % l−ợng các chất lơ lửng. e. Sinh vật và vi sinh vật trong n−ớc thải hay ô nhiễm sinh học : Nhóm sinh vật quan trọng nhất trong n−ớc thải mới xả ra là những vi khuẩn đi theo phân ng−ời. Đa số trong chúng là những loài không có hại mà có lợi, chúng là những loài phân huỷ thức ăn trong ruột già. Các loại vi khuẩn gây bệnh th−ờng gặp trong n−ớc thải sinh hoạt là: Vi khuẩn th−ơng hàn, lỵ, các vi khuẩn gây bệnh đ−ờng ruột và cả trứng giun sán do quá trình bài tiết của ng−ời và động vật. Để đánh giá mức độ nhiễm bẩn của n−ớc thải do các vi khuẩn gây bệnh, ng−ời ta đánh giá qua một loại nhóm trực khuẩn đ−ờng ruột điển hình là vi khuẩn cô-li trong một đơn vị thể tích n−ớc (chỉ số cô li). Chỉ số cô li là số l−ợng trực khuẩn đ−ờng ruột (côli) trong một lít chất lỏng. Ngoài vi khuẩn ra, trong n−ớc thải còn có các loại nấm men, nấm mốc, rong tảo và một số loại thuỷ sinh khác... chúng làm cho n−ớc thải bị nhiễm bẩn sinh học. I.2.2. Tính chất của n−ớc thải: a. Tính chất vật lý của n−ớc thải : Nhiệt độ của n−ớc thải th−ờng cao hơn nhiệt độ n−ớc cấp vì có thêm n−ớc nóng từ các hộ gia đình và các hoạt động công nghiệp. Mầu và mùi: biểu thị tuổi của n−ớc thải. N−ớc thải mới xả ra th−ờng có màu xám nhẹ. Khi thời gian trong hệ thống thoát n−ớc tăng lên tạo thành điều kiện kỵ khí, màu n−ớc thải sẽ thay đổi và chuyển từ xám thành xám tối và thành đen. Mùi của n−ớc thải sinh hoạt th−ờng do các loại khí tạo ra khi phân huỷ chất hữu cơ. N−ớc thải mới xả ra th−ờng có mùi khó chịu, nó cũng khác mùi của n−ớc thải đã để lâu qua phân huỷ kỵ khí. Mùi đặc tr−ng của n−ớc thải ổn định hoặc đã phân huỷ là mùi của khí H2S - hydro sulfur, tạo ra do vi sinh vật kỵ khí và khử sulphat thành sulphit. Độ đục: Độ đục của n−ớc thải đặc tr−ng cho các tạp chất nhỏ dạng keo và huyền phù - chất lơ lửng không tan có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ. Nguyên nhân tạo cho n−ớc bị đụclà sự tồn tại các loại bùn, axit silic, hyđroxít nhôm, keo hữu cơ, vi sinh vật, phù du sinh vật... b. Tính chất hoá học của n−ớc thải: Chất hữu cơ: Trong n−ớc thải với nồng độ bẩn trung bình có khoảng 75% chất rắn lơ lửng, 40% chất rắn tan chui qua giõ ́y lọc là chất hữu cơ. Những chất rắn hữu cơ này có xuất xứ từ động, thực vật. Những chất hoạt tính bề mặt là những chất bẩn gây ô nhiễm điển hình, các hợp chất hữu cơ bay hơi volatile, các loại thuốc trừ sâu trong nông nghiệp .v.v. Ngày nay Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 14 nhiều hợp chất nh− vậy là các chất hữu cơ cao phân tử đ−ợc tổng hợp và sử dụng với số l−ợng và chủng loại tăng lên theo thời gian. Các chất đạm (Proteins) là thành phần cấu tạo chính của cơ thể động vật. ở thực vật thì các chất này ít hơn. Tất cả thức ăn t−ơi từ động vật, thực vật đều chứa các chất đạm. Các chất đạm về cấu trúc hoá học là những phức chất, không ổn định và là đối t−ợng cho nhiều loại sinh vật phân huỷ. Một số chất tan trong n−ớc và cũng nhiều chất không tan trong n−ớc. Hydrat cacbon là những chất khá phổ biến trong thiên nhiên và bao gồm đ−ờng, tinh bột, xenlulô, sợi gỗ. Tất cả các chất này đều có trong n−ớc thải. Hydrat cacbon chứa các nguyên tố cacbon, hydro và ôxy. Chất béo, dầu, mỡ là các hợp chất hữu cơ ổn định - bền vững và không dễ bị phân huỷ bởi vi sinh vật. Nếu mỡ không đ−ợc tách ra khỏi n−ớc thải tr−ớc khi xả ra ngoài, nó sẽ tạo màng, váng nổi trên mặt n−ớc và gây tác động ngăn cản đối với các quá trình sinh học. Các chất hoạt động bề mặt là các chất hữu cơ cao phân tử, hoà tan yếu trong n−ớc và tạo bọt trong các trạm xử lý n−ớc thải hoặc trên mặt n−ớc khi xả n−ớc thải vào nguồn. Các chất hoạt động bề mặt có xu h−ớng tập trung ở biên giới phân chia khí - n−ớc. Trong quá trình làm thoáng - sục khí n−ớc thải, các chất này có xu h−ớng tập trung trên bề mặt các bọt khí và tạo lớp bọt bền vững, ổn định. Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) có điểm sôi d−ới 1000C và áp suất bay hơi v−ợt hơn 1mmHg ở 250C nói chung đ−ợc coi là các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs). Khi các hợp chất đó ở trạng thái hơi thì chúng rất cơ động và do đó rất dễ giải phóng, lan toả vào môi tr−ờng. Các chất trừ sâu, diệt cỏ và hoá chất dùng trong nông nghiệp là những chất độc đối với sinh vật và là những chất ô nhiễm nguồn n−ớc mặt. Những hoá chất này là thành phần chủ yếu theo n−ớc m−a từ các khu đất nông nghiệp, khu trại nghỉ, công viên. Bảng 1.1 giới thiệu tổng quát về đặc tính lý - hoá - sinh của n−ớc thải và nguồn gốc của từng đặc tính đó. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 15 Bảng 1.1: Đặc tính lý - hoá - sinh của n−ớc thải Đặc tính Nguồn gốc Tính chất vật lý: - Màu N−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp, chất hữu cơ thối rữa tự nhiên. - Mùi N−ớc thải bị phân huỷ, n−ớc thải công nghiệp - Chất rắn Cấp n−ớc sinh hoạt, n−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp, n−ớc m−a, xói mòn đất, n−ớc ngầm xâm nhập vào ống thoát n−ớc. - Nhiệt độ N−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp Thành phần hoá học: Chất hữu cơ : - Hydrat cacbon N−ớc thải sinh hoạt, dịch vụ và công nghiệp - Dầu, mỡ N−ớc thải sinh hoạt, dịch vụ và công nghiệp - Thuốc trừ sâu N−ớc thải nông nghiệp - Phenols N−ớc thải công nghiệp - Chất hoạt động bề mặt N−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp - Những chất khác Chất hữu cơ thối rữa tự nhiên Chất vô cơ : - Kiềm Chất thải sinh hoạt, n−ớc cấp sinh hoạt, n−ớc ngầm chảy vào - Clorua N−ớc cấp sinh hoạt, chất thải sinh hoạt, n−ớc ngầm chảy vào, chất làm mềm n−ớc - Nitơ N−ớc thải nông nghiệp và sinh hoạt - pH N−ớc thải công nghiệp - Phôtpho N−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp, - Sunphua N−ớc cấp sinh hoạt, n−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp - Chất độc N−ớc thải công nghiệp Khí - H2S Sự phân huỷ của n−ớc thải sinh hoạt - CH4 Sự phân huỷ của n−ớc thải sinh hoạt - O2 N−ớc cấp sinh hoạt, chất thải sinh hoạt, n−ớc ngầm chảy vào Thành phần sinh học: - Động vật Kênh, m−ơng, cống hở, sông và nhà máy xử lý n−ớc thải - Thực vật Kênh, m−ơng, cống hở, sông và nhà máy xử lý n−ớc thải - Sinh vật nguyên sinh N−ớc thải sinh hoạt, nhà máy xử lý n−ớc thải - Vi rút N−ớc thải sinh hoạt Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 16 I.2.3. Tiêu chí lựa chọn công nghệ và công trình xử lý nước thải (XLNT) Từ các cơ sở trên, các ph−ơng án công nghệ đ−ợc đề xuất và lựa chọn theo các tiêu chí nh− sau: - Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất l−ợng n−ớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn tiếp nhận. N−ớc sau xử lý có thể dùng cho trồng trọt, nuôi trồng thuỷ sản. N−ớc thải sau xử lý phải đạt tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5945-1995, TCVN 6772- 2000…). - Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành , có tính ổn định cao, vốn đầu t− và chi phí quản lý phải thấp, tận dụng triệt để các công trình hiện có. - Công nghệ xử lý phải có khả năng tận thu, tái chế, tái sử dụng các nguồn chất thải nh− năng l−ợng (thu hồi khí đốt), phân bón, t−ới ruộng… - Phải phù hợp, có tính khả thi về tài chính (cả khi đầu t− xây dựng cũng nh− khi vận hành, bảo d−ỡng). - Đơn giản, phù hợp với điều kiện của địa ph−ơng: sử dụng đất, tập quán sinh hoạt, chăn nuôi, trồng trọt... Phù hợp với quy hoạch phát triển của địa ph−ơng. Không làm ảnh h−ởng đến cảnh quan kiến trúc chung và môi tr−ờng của khu vực. Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ và công trình XLNT là bài toán kinh tế, kỹ thuật phức tạp. Các ph−ơng pháp dây chuyền công nghệ và các công trình XLNT trong đó phải đ−ợc lựa chọn trên các cơ sở sau: - Quy mô (công suất) và đặc điểm đối t−ợng thoát n−ớc (l−u vực phân tán của đô thị, khu dân c−, bệnh viện). - Đặc điểm nguồn tiếp nhận n−ớc thải và khả năng tự làm sạch của nó. - Mức độ và các giai đoạn xử lý n−ớc thải cần thiết. - Điều kiện tự nhiên khu vực: đặc điểm khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất thuỷ văn. - Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu để xử lý n−ớc thải tại địa ph−ơng. - Khả năng sử dụng n−ớc thải cho các mục đích kinh tế tại địa ph−ơng (nuôi cá, t−ới ruộng giữ mực n−ớc tạo cảnh quan đô thị). - Điều kiện đất đai có thể sử dụng xây dựng trạm xử lý n−ớc thải. - Nguồn tài chính và các điều kiện kinh tế khác. Các trạm xử lý n−ớc thải công suất nhỏ và vừa phải đảm bảo một loạt các yêu cầu nh− xây dựng đơn giản, dễ hợp khối các công trình, diện tích chiếm đất nhỏ, dễ quản lý và vận hành và kinh phí đầu t− xây dựng không lớn. Yếu tố hợp khối công trình là một trong những yếu tố cơ bản khi xây dựng các trạm xử lý công suất nhỏ và vừa ở điều kiện n−ớc ta. Các công trình xử lý n−ớc thải đ−ợc hợp khối sẽ hạn chế đ−ợc việc gây ô nhiễm môi tr−ờng không khí, diện tích xây dựng nhỏ đảm bảo mỹ Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 17 quan đô thị. N−ớc thải sinh hoạt có thể xử lý tại chỗ trong các công trình làm sạch sơ bộ (tách dầu mỡ, tách và xử lý cặn trong ‘’n−ớc đen’’), công trình xử lý cục bộ đối với hệ thống thoát n−ớc độc lập hoặc xử lý tập trung tại trạm xử lý khu vực . Nhận xét sơ bộ về khả năng ứng dụng trong điều kiện các thị trấn, thị tứ, đô thị nhỏ Việt Nam: Công nghệ phù hợp nên đ−ợc xem xét, áp dụng rộng rãi với mức độ xử lý sơ bộ hoặc đến bậc hai dựa trên các cơ sở và tiêu chí đã nêu trên nh− sau: - Xử lý cơ học để tách cặn lắng trong n−ớc thải bằng song chắn rác, các bể lắng cát, lắng đợt I, bể lắng 2 vỏ, bể tự hoại, bể biogas (trong phạm vi hộ gia đình - xử lý tại chỗ kiểu phân tán) - Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên nh− hồ sinh học, xử lý yếm khí với dòng h−ớng lên bằng bể tự hoạ̣i cả̉i tiế́n, xử lý trên vùng đất ngập n−ớc (wetland) - Khử trùng tr−ớc khi xả ra nguồn n−ớc tiếp nhận đ−ợc dùng cho mục đích vui chơi giải trí và ăn uống sinh hoạt. - Tận dụng n−ớc thải sau xử lý để t−ới ruộng hoặc nuôi cá. I.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu xử lý n−ớc thải trong và ngoài n−ớc I.3.1. Ngoài nước Sự phát triển mau chóng của nền đại công nghiệp trên phạm vi toàn thế giới, cùng với sự mở rộng của các đô thị một cách nhanh chóng đã tạo ra những nguồn chất thải làm ô nhiễm nặng nề môi tr−ờng n−ớc và nó ngày càng trở nên vấn đề cấp bách mang tính toàn xã hội. Các n−ớc tiên tiến ở châu Âu (Anh, Pháp, Đức....), Mỹ, Canada đã phát triển công nghệ xử lý n−ớc thải, giải quyết tốt môi tr−ờng. N−ớc cộng hoà Rumani - đối tác hợp tác nghiên cứu cũng có hệ thống xử lý n−ớc thải đô thị và công nghiệp đạt trình độ tiên tiến. Các n−ớc trong khu vực nh− Singapore, Thái Lan việc ứng dụng công nghệ xử lý n−ớc thải rất mạnh mẽ. Tuy vậy, công nghệ xử lý n−ớc thải là công việc phức tạp tốn kém, đòi hỏi phải th−ờng xuyên thay đổi công nghệ, quy trình nhằm giảm giá thành sản xuất, phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội tập quán của mỗi n−ớc vẫn là những vấn đề hiện nay đang đ−ợc nghiên cứu trên thế giới. Tác dụng của ruộng đ−ợc t−ới n−ớc thải là tái sử dụng n−ớc thải làm giảm khối l−ợng n−ớc thải xả vào nguồn và giảm nồng độ chất ô nhiễm trong n−ớc thải mà không tốn nhiều kinh phí đầu t− nh− các công trình xử lý nhân tạo. Về ảnh h−ởng của việc dùng n−ớc thải để t−ới đối với súc vật và con ng−ời cần phải đ−ợc nghiên cứu trong một thời gian dài, trên phạm vi rộng với nhiều điều kiện khác nhau và phải theo dõi ảnh h−ởng của nhiều thế hệ. Một số công trình nghiên cứu về xử lý n−ớc thải và tái sử dụng n−ớc thải trong nông nghiệp trên thế giới đ−ợc tổng kết nh− sau: Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 18 - Tripathi, ấn Độ (1991) đã thí nghiệm dùng vi tảo với thực vật thuỷ sinh làm sạch n−ớc thải thành phố. Thí nghiệm sau 29 ngày có thể làm giảm 78,1% thể rắn huyền phù; 89,2% PO4 3-, 81,7% NO3 -, 95,1% NH4 +; 7,9% COD; DO tăng đến 70%. - M.Aaiz (Singapore) sử dụng thiết bị tảo hoạt hoá làm sạch n−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp từ trại chăn nuôi lợn và nhà máy dầu cọ. Sau 15 ngày loại bỏ đ−ợc 80- 88% BOD; 70-82% COD; 60-70% N; 50-60% P. Đây là hệ thống đơn giản thích hợp với n−ớc thải chứa nhiều chất hữu cơ và chất dinh d−ỡng. - S.G Bharati, ấn Độ (1992) đã dùng tảo xử lý ô nhiễm n−ớc thải nhà máy giấy chứa lignin. Mức lignin giảm từ 93 mg/l xuống còn 25 mg/l đối với tảo Chrrocucus minutus và 25,5 mg/l đối với Phorindium ambiguum. - Sun-Kee Han and Hang-Sik Shin - Khoa xây dựng dân dụng và môi tr−ờng - Viện nghiên cứu khoa học và công nghệ Daejeon - Nam Triều Tiên Nghiên cứu về hoạt động của hệ thống xử lý yếm khí hai giai đoạn để xử lý n−ớc thải chế biến thực phẩm, hệ thống hoạt động với tải trọng 11,9 kg (VS) chất hữu cơ bay hơi và đạt hiệu suất 72,5%, khi tải trọng chất hữu cơ giảm xuống 5.4 kg/m3-ngày thì hiệu suất xử lý COD tăng đến 95%, thời gian l−u thuỷ lực là 0,57 ngày và hiệu suất thu khí là 0,21 m3/ kg VS. - Tongkasame (1968) nghiên cứu xử lý chất hữu cơ bằng các hồ kỵ khí và bể mê ten đạt hiệu quả cao nhất khi pH trong hồ điều chỉnh trong khoảng giá trị từ 6,5 - 8,0. - Trên thế giới, những công trình xử lý n−ớc thải bằng hồ sinh học đã đ−ợc nghiên cứu và đ−a vào ứng dụng từ thế kỷ 19. Sau những năm 1950, những nghiên cứu về hồ sinh học đã đ−ợc công bố rộng rãi nh− các công trình của Gotastal (1954), Hermann và Gloyna (1958), Wenstrom (1955), Town (1957)... Theo tài liệu của Porges và Mackenchun thì tốc độ phát triển hồ sinh vật rất nhanh, vào năm 1957 ở Mỹ chỉ có 631 hồ thì đến năm 1962 có tới 1.647 hồ. ở ấn Độ, hiện nay có 35 trạm xử lý n−ớc bằng hồ sinh học, mỗi hồ phục vụ cho một khu dân c− từ 5.000 đến 10.000 dân, hiệu suất xử lý BOD5 của hồ đạt tới 85%. ở áo trong năm 1947 có từ 28.000 đến 90.000 m3 n−ớc thải đ−ợc xử lý bằng hồ sinh vật, hiệu suất xử lý BOD5 đạt từ 70% đến 85%. - ở Hàn Quốc và Trung Quốc ng−ời ta đã áp dụng có kết quả khả quan mô hình "Đảo trồng thực vật n−ớc đa năng" (xem hình 1.2). Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 19 Hình 1.2: Minh họa mô hình “Đảo trồng thực vật n−ớc đa năng” ở Hàn Quốc “Đảo trồng thực vật n−ớc đa năng” là một cấu trúc sinh thái đa năng để bảo vệ hệ sinh thái tạo điều kiện cho các loài cá, sinh vật phù du sinh tr−ởng, phát triển tạo cảnh quan hồ n−ớc đẹp, sạch, thông qua sự phân ly chất hữu cơ nhờ vi sinh vật kết dính với chất tiếp xúc vi sinh vật nhân tạo ở lớp d−ới và ở lớp trên thì có lớp cây trồng hấp thụ chất dinh d−ỡng làm sạch n−ớc. Những −u điểm nổi bật của đảo trồng thực vật n−ớc đa năng: - Với việc dính kết vi sinh ở phía lớp đáy thì chỉ một l−ợng sinh vật n−ớc ít nhất cũng làm tăng khả năng tự làm sạch n−ớc. - Có thể tạo đ−ợc đảo trồng thực vật n−ớc quy mô lớn nhất đến hàng ngàn mét vuông (ví dụ nh− ở hồ Dao Cheng – Cộng hòa Triều tiên (Hàn Quốc). - Có thể chịu đựng ổn định khi có lụt lội hoặc bão lớn - Có khả năng thích ứng với biến động vị trí trên n−ớc nhờ có sử dụng hệ thống giằng, néo phù hợp. - Có thể thực hiện việc đào tạo về sinh thái học, quan sát các trạng thái d−ới n−ớc nhờ hệ thống quay phim d−ới n−ớc. Hiệu quả của đảo trồng thực vật n−ớc đa năng: - Quản lý, kiểm soát hệ sinh thái và bảo vệ loài cá bằng cách sử dụng chất tiếp xúc vi sinh vật làm giống nhân tạo mà tạo đ−ợc nơi sinh sống cho các loài cá và sinh vật phù du, ngăn đ−ợc ánh sáng mặt trời, hình thành cấu trúc sinh thái do sự lên xuống của sinh vật phù du, do thủy triều. - Loại trừ đ−ợc các loại muối phú d−ỡng nhờ thực vật, nhờ Enzim sản sinh ra do vi sinh vật dính kết vào chất tiếp xúc, vi sinh vật và rễ cây mà làm chuyển hóa chất hữu cơ thành chất vô cơ dễ hấp phụ, mà hấp phụ bởi N, P là nguyên nhân làm phù d−ỡng n−ớc hồ ao và kiểm soát đ−ợc sự sinh tr−ởng màu xanh. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 20 - Làm sạch n−ớc nhờ chất tiếp xúc vi sinh vật, vi sinh vật có trong hồ ao dính kết vào chất tiếp xúc vi sinh vật nhân tạo mà làm phân ly chất hữu cơ thành CO2 . - Tạo nên cảnh quan đẹp nhờ thực vật: hình thành cảnh quan đẹp của hồ và có thể tạo nên công viên sinh thái tự nhiên, làm nơi nghỉ ngơi giải trí cho nhân dân. I.3.2. Trong n−ớc Tất cả các đô thị vừa và nhỏ, thị trấn, thị tứ ở Việt Nam đều thiếu hệ thống thoát n−ớc và không có hệ thống xử lí n−ớc thải tập trung. N−ớc thải đ−ợc xả trực tiếp ra các vùng lân cận đã gây ô nhiễm môi tr−ờng nghiêm trọng, tác động xấu đến sức khỏe, tâm lý nhân dân và ảnh h−ởng xấu đến phát triển kinh tế. Hiện nay hệ thống n−ớc thải đô thị Việt Nam phần lớn là hệ thống thoát n−ớc chung cả n−ớc thải sinh hoạt, n−ớc thải công nghiệp và n−ớc m−a. Kết quả điều tra các đô thị ở đồng bằng Bắc Bộ, có khoảng 20% l−ợng n−ớc thải đ−ợc sử dụng để sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, số còn lại chảy trực tiếp vào hệ thống sông hồ các vùng lân cận gây ảnh h−ởng xấu đến môi tr−ờng sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. Nhiều bệnh tật, ngộ độc gây ra do nguồn n−ớc thải ô nhiễm gây dịch bệnh ở ng−ời, gia súc, gia cầm và tôm cá. Tuy đã có một số đề tài nghiên cứu cấp Nhà n−ớc, cấp Bộ đang giải quyết vấn đề này nh−ng vẫn ở giai đoạn khuyến nghị và áp dụng quy mô nhỏ. Việc nghiên cứu xử lý n−ớc thải đô thị cần có công nghệ, thiết bị phù hợp, nhằm mở rộng tái sử dụng trong nông nghiệp sẽ đạt đ−ợc hiệu quả nh− tận dụng đ−ợc nguồn n−ớc tại chỗ, tận dụng đ−ợc chất dinh d−ỡng ngăn ngừa ô nhiễm, bổ sung d−ỡng chất cho đất cây trồng phục hồi các vi sinh vật. Đó là giải pháp vệ sinh sinh thái đ−ợc các n−ớc trên thế giới quan tâm và phù hợp với điều kiện Việt Nam. Một số kết quả nghiên cứu về xử lý và tái sử dụng n−ớc thải của các công trình nghiên cứu trong n−ớc nh− sau: - Theo PGS. TS.Trần Hiều Nhuệ (1998), nên dùng các công trình làm sạch sau cho việc lựa chọn công nghệ xử lý n−ớc thải sinh hoạt: +Khi xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp cơ học với l−ợng n−ớc: a) D−ới 25 m3/ngày đêm (có thể 50 m3/ngày đêm): dùng bể tự hoại và nên khử trùng bằng clorua vôi. b) D−ới 5000 m3/ngày đêm: dùng song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng 2 vỏ hoặc bể lắng trong kết hợp lên men cặn. Khử trùng bằng clo hoặc n−ớc clorua vôi và công trình để xử lý cặn (sàn phơi bùn). c) D−ới 10.000 m3/ngày đêm: dùng song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng đứng, trạm clo để khử trùng, bể tiếp xúc, công trình để xử lý cặn (bể mêtan và sân phơi bùn) hoặc công trình xử lý cặn bằng ph−ơng pháp cơ học. Bể lắng ly tâm nên dùng khi l−u l−ợng n−ớc thải trên 20.000 m3/ngày đêm. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 21 + Khi xử lý n−ớc thải bằng ph−ơng pháp sinh học: ngoài các công trình xử lý cơ học và xử lý cặn ở trên, còn phải thêm một trong những công trình sau: a) D−ới 25 m3/ngày đêm (có thể 50 m3/ngày đêm): dùng cánh đồng lọc ngầm, xử lý trên đất −ớt (wetland), hồ sinh vật, hay bể lọc sinh vật. b) D−ới 5000 m3/ngày đêm: cánh đồng t−ới, cánh đồng lọc, bể lọc sinh vật cao tải, m−ơng oxy hoá tuần hoàn hay Aeroten. c) Trên 5000 m3/ngày đêm: dùng m−ơng oxy hoá tuần hoàn, lọc sinh vật cao tải, bể aeroten. - Vũ Thị Thanh H−ơng (2001) nghiên cứu xử lý n−ớc thải sinh hoạt vùng Đồng bằng Bắc Bộ và cho rằng: Xử lý n−ớc thải sinh hoạt qua các bể lắng ngang, hiệu suất loại chất lơ lửng từ 39,78-50,47%, BOD5 từ 16,7-26,25%, COD từ 12,82-23,00% và NH4 + từ 11,68-21,78%. Kết hợp xử lý cơ học qua các bể lắng ngang với hồ sinh học, hiệu suất loại chất lơ lửng từ 62,43-78,647%, BOD5 từ 76,45-93,78%, COD từ 69,01- 82,41% và Coliform giảm 85,46-96,53%. Tác giả cũng nhấn mạnh rằng: hiệu suất xử lý n−ớc thải bằng hồ sinh học phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nhiệt độ và tải trọng các chất ô nhiễm vào hồ. - Viện Khoa học Thuỷ Lợi (2002) nghiên cứu xử lý n−ớc thải sinh hoạt cho cụm dân c− xã Vĩnh Quỳnh cho thấy: Giải pháp xử lý n−ớc thải theo kiểu phân tán có rất nhiều −u điểm đáp ứng đ−ợc các yêu cầu về cải thiện môi tr−ờng, đơn giản, dễ vận hành thu hút đ−ợc sự tham gia của cộng đồng, giải pháp này có thể áp dụng cho các thị trấn, thị tứ, các vùng nông thôn tập trung, các làng nghề... - Cao Văn Sung và cộng sự (1996) đã đề xuất ph−ơng pháp sinh học để xử lý n−ớc ngâm đay bằng ba b−ớc nh−: B−ớc 1: xử lý kỵ khí và đ−a thêm một số chủng loại phân huỷ lignin để rút ngắn thời gian ngâm đay; b−ớc 2: xử lý hiếu khí để giảm BOD và COD; b−ớc 3: dùng vi tảo hỗn hợp Chlorella và thực vật thuỷ sinh xử lý giai đoạn cuối cùng tr−ớc khi xả vào nguồn nhận n−ớc thải. - Đặng Xuyến Nh− và cộng sự khi nghiên cứu khả năng xử lý của tảo Chlorela trong xử lý n−ớc thải bệnh viện, n−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp cho thấy: khả năng loại bỏ các chất hữu cơ của tảo đã làm giảm hàm l−ợng BOD, COD từ 80 đến 90% trong khoảng thời gian 6-7 ngày; giảm 60-70% l−ợng BOD và COD trong n−ớc thải sinh hoạt lẫn n−ớc thải nhà máy cao su và xà phòng; khả năng loại bỏ N-NH4+ trong mẫu n−ớc thải sinh hoạt đạt tới 99% so với ngày đầu thí nghiệm, với n−ớc thải sinh hoạt trộn lẫn n−ớc thải công nghiệp đạt tới 73%. Đối với PO43- khả năng hấp thụ của tảo Chlorella trong n−ớc thải sinh hoạt là 98%, với n−ớc thải sinh hoạt trộn lẫn n−ớc thải công nghiệp là 80%. - Viện Công nghệ Sinh học - Trung tâm KHTN&CNQG đã nghiên cứu xử lý chất thải làng nghề chế biến bún - bánh Phú Đô, ngoại thành Hà Nội bằng kênh oxy hoá hồi l−u, bể lọc sinh học, hồ sinh vật đạt tiêu chuẩn n−ớc thải xả vào nguồn. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 22 - Đề tài KH 07-16 do Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học Vật liệu - Trung tâm KHTN & CNQG thực hiện đã nghiên cứu sử dụng biện pháp sinh học tổng hợp xử lý n−ớc thải chế biến nông - lâm - hải sản, thực phẩm bằng công nghệ thích hợp với các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ. - Võ Kim Long (1978) đã nghiên cứu dùng hồ sinh học để xử lý n−ớc thải của x−ởng chế biến thịt cho thấy sau khi xử lý kết hợp với ph−ơng pháp điện hoá với thời gian l−u n−ớc 15 ngày, hiệu quả xử lý COD là 76,2%, vi khuẩn giảm 86,8% đến 99,4%, chỉ số coliform giảm 91,2 - 99,9%. - GS.TS. Trần Hiếu Nhuệ và cỏc cộng sự (DEWAST, 2002-2004) nghiên cứu xử lý n−ớc thải sinh hoạt theo mụ hỡnh phõn tỏn cho thấy: Giải pháp xử lý n−ớc thải theo kiểu phân tán có rất nhiều −u điểm đáp ứng đ−ợc các yêu cầu về cải thiện môi tr−ờng, đơn giản, dễ vận hành thu hút đ−ợc sự tham gia của cộng đồng, giải pháp này có thể áp dụng cho các thị trấn, thị tứ, các vùng dân cư nông thôn tập trung, các làng nghề... I.4. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải sản xuất trong nông nghiệp trên thế giới và trong n−ớc I.4.1. Tổng quan về sự cần thiết của việc tái sử dụng n−ớc thải: Cận Đông là một vùng rất khan hiếm n−ớc, vì vậy vấn đề sử dụng lại n−ớc thải ở đây rất đ−ợc quan tâm. Hệ thống thu n−ớc thải, xử lý n−ớc thải có nhiều khó khăn nh− nhiệt độc cao, m−a ít, bề mặt đất chủ yếu là cát làm hạn chế nguồn cung cấp n−ớc thiên nhiên ở các vùng của Cận Đông. Robert và Banks (1977) đã đề cập đến giải pháp kỹ thuật trong thiết kế các hệ thống cấp n−ớc và đề xuất sử dụng n−ớc thải đã xử lý vào các ngành công nghiệp, t−ới cây lâu năm và nông nghiệp để tránh ảnh h−ởng xấu tới sức khoẻ con ng−ời. Cillie và Stander (1974) (Nam Phi) đã nêu các tính chất −u việt của quá trình sử dụng n−ớc tuần hoàn, vì ở Nam Phi tài nguyên n−ớc rất khan hiếm. Việc sử dụng lại n−ớc thải ngoài mục đích chính là tăng thêm nguồn n−ớc cung cấp cho một số ngành trong công nghiệp, nông nghiệp, còn có vai trò làm giảm thiểu quá trình ô nhiễm môi tr−ờng. Năm 1976 Cillie giới thiệu thực tế sử dụng n−ớc thải, các quá trình để làm mới n−ớc thải và nói lên những vấn đề cần thiết phải nghiên cứu tiếp. Trong công trình này, tác giả còn nêu lên các vấn đề hạn chế sử dụng trực tiếp nguồn n−ớc thải đã xử lý, mô tả các công nghệ xử lý n−ớc với mục đích khác nhau nh− khử các hợp chất béo, phốtpho, kim loại nặng, chất cặn... Chẳng hạn tại bán đảo Cape nếu dùng các bồn cát tự nhiên chứa n−ớc thải đã xử lý thì sẽ rất hiệu quả cho các thời gian bị hạn, và nếu công nghệ xử lý đảm bảo cả về kỹ thuật lẫn giá thành thì tại bán đảo này có thể hoà vào mạng cung cấp n−ớc từ 50.000 m3/ngày đêm l−ợng n−ớc thải đã Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 23 xử lý đạt chất l−ợng ăn uống trong năm 1978 đến 425.000 m3/ngđ tới năm 2000, tức là khoảng 50% nhu cầu n−ớc sạch của bán đảo này sẽ đ−ợc giải quyết. Iriarry (1976) đã tiến hành nghiên cứu tổng quan các hoạt động liên quan đến việc sử dụng n−ớc thải tại Puerto Rico. Trong ch−ơng trình quản lý tài nguyên n−ớc khu vực Ponce, một ch−ơng trình hợp tác giữa chính phủ Puerto Rico và Công ty các nhà kỹ s− quân đội Mỹ, vấn đề quản lý n−ớc thải, cung cấp n−ớc, chống bão lụt và bảo vệ thế giới hoang dã là trọng tâm nghiên cứu, đặc biệt là vấn đề cung cấp n−ớc. Tại 14 khu đô thị với tổng diện tích 1.900 km2, các vấn đề về sử dụng n−ớc đã xử lý lần 2 để t−ới, bổ cập cho n−ớc d−ới đất, sử dụng n−ớc thải cho các mục đích công nghiệp, sử dụng n−ớc thải để chống nhiễm mặn... đã đ−ợc đánh giá. ở Cộng hoà Liên bang Đức, việc sử dụng n−ớc tuần hoàn và sử dụng lại n−ớc thải đã đ−ợc chú ý từ lâu, nhiều dự án xử lý n−ớc thải để phục vụ cho t−ới đã đ−ợc thực hiện, có nơi n−ớc thải xử lý đạt yêu cầu chất l−ợng cho ăn uống, sinh hoạt. Tại Mỹ l−ợng n−ớc ngọt sử dụng trong năm 1975 chiếm 50,9% và tới năm 2000 là 54,4% trong tổng nhu cầu n−ớc quốc gia, trong số đó tới 99% dùng để t−ới. Vì vậy, n−ớc trong nông nghiệp có khả năng to lớn trong giữ gìn nguồn n−ớc tự nhiên và sử dụng lại n−ớc thải. Năm 1975, tại Mỹ có khoảng 0,2% tổng nhu cầu n−ớc đ−ợc sử dụng từ nguồn n−ớc thải (trong 0,4% tổng l−ợng n−ớc thải có thể sử dụng lại), năm 2000 l−ợng n−ớc thải sử dụng là 1,7% (trong 4% tổng l−ợng n−ớc thải có thể sử dụng lại). Một khối l−ợng lớn n−ớc thải đã xử lý đ−ợc sử dụng trong t−ới nông nghiệp và đất cảnh quan tại Arizon, California và Texas. Công ty Irvince ở hạ Orange, California sử dụng n−ớc thải chiếm 12% nhu cầu n−ớc của công ty để t−ới cam, chanh, nho, lê tàu và −ơng cây, cà chua, ngô, ớt và các loại rau khác. Ngoài việc hạn chế sử dụng n−ớc sạch của công ty, việc sử dụng n−ớc thải còn làm giảm l−ợng phân bón mà công ty cần dùng. Tại Barkersfield, California, n−ớc thải sinh hoạt đã xử lý sơ bộ đ−ợc sử dụng cho t−ới từ năm 1912. Trong năm 1972 có 971 km2 diện tích trồng ngô, lúa mạch, củ cải, cỏ linh lăng, đay đ−ợc t−ới theo luống bằng 45.360 m3/ngđ n−ớc thải từ hai nhà máy xử lý n−ớc thải thành thị bên cạnh. Trong mùa hè, 33% nhu cầu n−ớc của cánh đồng phải t−ới bằng n−ớc ngầm vì n−ớ thải đã xử lý không đủ thoả mãn nhu cầu về khối l−ợng. Một ch−ơng trình nổi tiếng sử dụng n−ớc thải trong t−ới tiêu là dự án Colorado Springs, bắt đầu từ năm 1960. Trong 75.600 m3/ngđ đã xử lý lần thứ hai sẽ cho khoảng 18.900 m3/ngđ sau khi lọc, sẽ đ−ợc khử bằng clo và chứa trong một loạt các bể chứa. Sau đó n−ớc này sẽ đ−ợc bơm theo hệ thống ống để t−ới cho các công viên, các khu v−ờn, nơi vui chơi giải trí, khu công nghiệp và nghĩa trang. Các hệ thống xử lý đất đôi khi cũng hợp tác với việc sử dụng n−ớc thải nh− một Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 24 phần của quá trình xử lý n−ớc thải. Chẳng hạn ở hạt Muskegon, Michigan n−ớc thải từ 15 khu thị trấn và 5 nhà máy đã xử lý bằng xục khí, chứa lại và sau đó xử lý thêm bằng cách t−ới cho khoảng 2.226 m2 đất nông nghiệp. N−ớc thải đã xử lý đ−ợc sử dụng rộng rãi ở các bang miền Nam n−ớc Mỹ, đặc biệt là California để t−ới các sân golf, công viên và các loại đất cảnh quan khác. N−ớc thải đã xử lý lần 2 đ−ợc sử dụng từ năm 1932 để cung cấp cho khoảng 1/3 nhu cầu n−ớc trong t−ới công viên Cổng Vàng ở San Francisco, California. Vấn đề tái sử dụng n−ớc thải cho nông nghiệp d−ới dạng sử dụng nguồn thải với thành phần và chất l−ợng phù hợp để t−ới cho cây trồng nhằm tận dụng đ−ợc nguồn phân bón sẵn có trong n−ớc thải, đồng thời sau t−ới n−ớc thải đ−ợc làm sạch tr−ớc khi chảy vào hồ ao, sông suối là rất có ý nghĩa về khía cạnh kinh tế cũng nh− môi tr−ờng. Đây là giải pháp phù hợp với quan điểm chung đối với xử lý chất thải của Hội nghị môi tr−ờng thế giới tại Belagio là không coi chất thải là nguồn phế thải vứt bỏ mà phải đánh giá nó là nguồn nguyên liệu sử dụng cho các mục tiêu kinh tế khác (hay còn đ−ợc gọi là nguyên tắc Belagio). Trong quá trình này các đối t−ợng là cánh đồng t−ới, cây trồng đóng vai trò vừa là đ−ợc tiếp nhận nguồn thải để sử dụng, vừa đóng vai trò là công trình xử lý n−ớc thải. Việc nghiên cứu sử dụng n−ớc thải để t−ới đã đ−ợc nhiều tác giả trong và ngoài n−ớc nghiên cứu. I.4.2. Yêu cầu về chất l−ợng n−ớc thải tái sử dụng cho nông nghiệp Chất l−ợng n−ớc thải dùng cho mục đích t−ới cho nông nghiệp có nhiều thông số nh− nồng độ muối, hệ số hấp thụ natri, chất bo và các kim loại nặng, ngoài ra các hợp chất hữu cơ, nồng độ cặn, chất dinh d−ỡng và các vi sinh vật gây bệnh cũng là những yếu tố cơ bản để đánh giá chất l−ợng n−ớc thải tái sử dụng. N−ớc sử dụng có thích hợp hay không còn phụ thuộc vào ảnh h−ởng của các vật chất có trong n−ớc của cây và trong đất. Dựa trên các yếu tố này, việc quyết định t−ới cho mục đích này hay khác sẽ quyết định chất l−ợng n−ớc thải phải xử lý tr−ớc khi tái sử dụng. Hiện không có một h−ớng dẫn hoặc chỉ tiêu quốc tế nào về số l−ợng vi sinh vật trong n−ớc t−ới đối với một loại cây cụ thể nào. Trong n−ớc thải có một số l−ợng rất lớn các vi sinh vật gây bệnh. Năm 1973, một nhóm các chuyên gia của tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đ−a ra một số chỉ tiêu đối với tổng số Coliform trong n−ớc thải dùng để t−ới đối với tất cả các loại cây là không quá 100/100 ml. Từ năm 1973 đến 1989 các nhà nghiên cứu đã khẳng định khả năng về bệnh dịch là thấp hơn so với suy nghĩ tr−ớc năm 1973, nh−ng các chuyên gia lại lo lắng hơn về khả năng bị bệnh bại liệt trong dân chúng do sử dụng n−ớc thải xử lý ch−a đáp ứng yêu cầu để t−ới. Qua các ch−ơng trình nghiên cứu của FAO, các h−ớng dẫn về chất l−ợng n−ớc thải sử Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 25 dụng trong t−ới có thay đổi nhờ các số liệu khảo sát và năm 1989 FAO đã đ−a ra h−ớng dẫn về hàm l−ợng vi sinh vật trong n−ớc thải dùng để t−ới. Bảng 1.2: Các h−ớng dẫn về chất l−ợng n−ớc thải sử dụng trong nông nghiệp theo vi sinh vật (a) (Westcot, 1997) Loại Điều kiện sử dụng lại Nhóm ng−ời Giun tròn trong ruột (b) (số trứng TB cộng trong 1l) Coliform nguồn gốc phân (TB trong 100 ml (c)) Kiểu xử lý n−ớc thải cần xử dụng A T−ới rau quả ăn sống, sân thể thao và công viên (d) Ng−ời lao động, ng−ời tiêu dùng, dân chúng ≤ 1 ≤ 1000 Một dãy các bồn n−ớc làm ổn định để đạt đ−ợc nồng độ vi sinh nh− ý, hoặc các biện pháp xử lý t−ơng đ−ơng B Ngũ cốc, cỏ chăn nuôi và cây (e) Ng−ời lao động ≤ 1 Không tồn tại tiêu chuẩn Giữ lại trong bồn chứa ổn định 8-10 ngày hoặc khử giun sán và coliform t−ơng đ−ơng C T−ới cục bộ cỏ mèo (nh− B nếu không có ng−ời) Không có ng−ời Không thích hợp Không thích hợp Tiền xử lý nh− công nghệ t−ới yêu cầu, nh−ng không kém hơn kiểu làm lắng đọng sơ bộ Nguồn: Bùi Học, Nguyễn Văn Hoàng (Báo cáo tại Hội nghị MT toàn quốc – 1996) Ghi chú: (a) – Trong các tr−ờng hợp cụ thể phải chú ý đến các yếu tố về dịch bệnh, văn hoá xã hội và môi tr−ờng địa ph−ơng và các h−ớng dẫn phải đ−ợc thay đổi t−ơng ứng; (b) Giun đũa, giun xoắn và giun móc; (c) – Trong thời gian t−ới; (d) – Yêu cầu khắt khe hơn (≤200/100 ml) đối với các v−ờn cây công cộng nh− v−ờn của khách sạn; (e) - Đối với cây ăn quả phải kết thúc 2 tuần tr−ớc khi thu hoạch quả và không đ−ợc tiêu thụ quả rơi d−ới đất và nên dùng bình t−ới phun. I.4.3. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải trên thế giới - Từ đầu thế kỷ 19, ở Anh và Cộng hoà Liên bang Đức đã xây dựng những cánh đồng chuyên t−ới n−ớc thải, tr−ớc đó có xử lý cơ học. Sang đầu thế kỷ thứ 20, tổng diện tích t−ới bằng n−ớc thải chỉ tính riêng ở Châu Âu đã lên đến 80-90 ngàn ha, trong đó trung bình mỗi ngày sử dụng 40-100m3 n−ớc thải cho mỗi ha. - Evilevit (1995), năng suất của cây trồng sẽ tăng đáng kể nếu có phân loại phân bón vô cơ bổ sung cho l−ợng cận thải khi bón ruộng với liều l−ợng của Nitơ là 30 - 40 kg/ha, vôi và Kali là 60kg/ha. Tuy vậy, yếu tố hết sức quan trọng để tăng năng suất cây trồng là liều l−ợng cặn thải sử dụng để bón ruộng. Tác giả Evilevit (1995) đã chỉ rõ nồng độ của các nguyên tố dinh d−ỡng N, P, K trong n−ớc thải tuỳ Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 26 thuộc vào tiêu chuẩn thoát n−ớc cũng nh− tính chất của n−ớc thải. Tuy vậy, cây trồng cũng chỉ sử dụng một phần các chất dinh d−ỡng này trong n−ớc thải. Do đó, việc nghiên cứu công nghệ t−ới hợp lý bằng n−ớc thải là rất cần thiết để đảm bảo tận dụng phân bón trong n−ớc thải. Do yêu cầu xử lý n−ớc thải khi xả vào các nguồn n−ớc th−ờng cao hơn yêu cầu xử lý khi t−ới ruộng, nh− vậy đầu t− cho các công trình xử lý tr−ớc t−ới có quy mô nhỏ hơn vì vậy sẽ kinh tế hơn. - Tại Ba Lan, các nghiên cứu về việc sử dụng n−ớc thải cho mục đích nông nghiệp đã đ−ợc thực hiện tại các cơ sở (xí nghiệp) sản xuất tinh bột. L−ợng n−ớc thải này đ−ợc thải ra cánh đồng và kết quả cho thấy là l−ợng BOD và COD đã giảm xuống rõ rệt trong cả hệ thống m−ơng máng, cụ thể là khoảng 97% và 98%, và hệ thống kênh lớn 96.5% đến 95% . Trong khu vực đất canh tác, cần phải quan tâm để tránh việc sử dụng n−ớc thải có nhiều tinh bột để t−ới - Theo Wimvander Hoek, IWMI (2001), tái sử dụng n−ớc thải trong nông nghiệp có thể mang lại rất nhiều lợi ích: tiết kiệm n−ớc, tận dụng đ−ợc nơi chứa n−ớc thải với giá thành rẻ, giảm ô nhiễm n−ớc sông và n−ớc mặt, tận dụng đ−ợc nguồn dinh d−ỡng trong n−ớc thải dẫn đến tiết kiệm phân bón, tăng sản l−ợng cây trồng... Tuy nhiên, bên cạnh các mặt tích cực cũng có rất nhiều mặt tiêu cực nếu tái sử dụng n−ớc thải không hợp lý: gây ảnh h−ởng đến sức khoẻ ng−ời nông dân làm công việc t−ới và những ng−ời tiêu thụ sản phẩm, gây ô nhiễm nguồn n−ớc ngầm, đặc biệt là bởi nitrat, tích luỹ ô nhiễm các chất hoá học, đặc biệt là kim loại nặng trong đất, tạo điều kiện cho các sinh vật truyền bệnh nh− muỗi phát triển - Smith (1994) cho rằng việc sử dụng bùn thải làm phân bón trong nông nghiệp đã đem lại lợi ích về kinh tế và môi tr−ờng. Khi đất đ−ợc bón bùn thải có thể bị tích luỹ kim loại nặng nh−: Cd, Cu, Pb và Zn. - Chang và CTV (1987) đã nghiên cứu và cho thấy: Bón bùn thải chứa các kim loại nặng có thể đ−ợc tích luỹ trong sản phẩm trồng trọt và là nguyên nhân gây hại cho ng−ời tiêu dùng. - Van Den Berg (1993) cho rằng: Khi sử dụng bùn thải làm phân bón cần phải nghiên cứu kỹ vì nó có thể làm tăng một số bệnh lý của cây trồng và làm ô nhiễm hoá học. I.4.4. Tổng quan về tình hình tái sử dụng n−ớc thải ở Việt Nam - Dai Peters (CIP - Hà nội) và Đỗ Đức Ngãi (Viện Sinh thái Tài nguyên Sinh vật) đã làm thí nghiệm dùng n−ớc thải của làng nghề chế biến tinh bột dong, sắn xã D−ơng Liễu và xã Minh Khai để t−ới lúa cho kết quả nh− sau: dùng 80% n−ớc thải để t−ới cho năng suất lúa cao nhất so với các tỷ lệ dùng n−ớc thải khác; dùng n−ớc thải để t−ới trong 6 tuần đầu có năng suất cao hơn 6 tuần cuối của thời vụ gieo trồng; dùng n−ớc thải t−ới 1 lần/tuần cho năng suất cao hơn t−ới th−ờng xuyên; và dùng n−ớc thải ch−a xử lý cho năng suất cao hơn dùng n−ớc thải đã qua lắng. Thí nghiệm Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 27 cũng cho thấy đối với lúa đ−ợc t−ới bằng n−ớc thải đ−ợc cấy với mật độ cao (60 gốc/m2) sẽ cho năng suất cao nhất (so với 35 hay 40 gốc/m2). - H.T.L Trà (2001) đã nghiên cứu ảnh h−ởng của việc sử dụng bùn thải đến chất l−ợng môi tr−ờng đất và năng suất của cây trồng, đối t−ợng cây trồng và kết quả nghiên cứu cho thấy: Với thành phần cặn thải pH=7,5; C.TS = 52; Nitơ. TS = 2,82 và tỷ lệ C/N = 28,4 thì năng suất của cây trồng cao nhất khi tỷ lệ phối trộn cặn thải và đất là 30%. Năng suất của cây trồng giảm xuống khi tỷ lệ phối trộn cặn thải và đất > 30%. - Viện nghiên cứu Khoa học thuỷ lợi (1984) đã nghiên cứu chất l−ợng n−ớc thành phố Hà Nội và thấy rằng rất phù hợp để t−ới cho cây trồng. Vào những năm 80 n−ớc thải của thành phố Hà Nội tới gần 120 triệu m3/năm, nếu tận dụng 50% l−ợng n−ớc thải để t−ới cho lúa với tần suất m−a 75% và mức t−ới 6.000 m3/ha sẽ t−ới đ−ợc hơn 8.000 ha lúa. Hàng năm có thể tận dụng đ−ợc l−ợng phân bón từ n−ớc thải t−ơng đ−ơng với 100-115 tấn đạm urê, 120-130 tấn phân lân Văn Điển, 250-270 tấn kalisunfat. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy n−ớc thải không những chỉ cung cấp chất dinh d−ỡng cho cây trồng mà còn có tác dụng cải tạo đất rõ rệt, độ pH, hàm l−ợng kali ổn định, các nguyên tố mùn, đạm, lân, mangan tăng lên ở cuối vụ. Tuy nhiên, trong thời gian này những nghiên cứu về tiêu chuẩn t−ới n−ớc thải và nồng độ chất ô nhiễm trong n−ớc thải ch−a đ−ợc đề cập đến. - Viện khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (1994), đánh giá tác động của đô thị hoá đến sự phát triển nông nghiệp ven đô cho thấy: Huyện Thanh Trì sử dụng n−ớc thải thành phố Hà Nội (70% n−ớc thải sinh hoạt và 30% n−ớc thải công nghiệp) để canh tác thì chi phí cho 1 sào trồng lúa giảm 15-20%, mỗi sào lúa chỉ cần bón 2-3 kg đạm urê, trong khi ở các nơi khác phải bón từ 6-8 kg urê/sào lúa. Hàm l−ợng chất dinh d−ỡng trong n−ớc thải trung bình là: 15mg N/l và 7mg P2O5/l (gần bằng đạm và lân trong dung dịch nuôi cấy). Nếu mùa khô t−ới 4.000 m3/ha thì đã đ−a vào ruộng 60kg N và 28kg P2O5. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây lúa và rau màu đ−ợc t−ới n−ớc thải th−ờng bị hại nh− cây bị héo, lá bị đốm hoặc lốp lá. - Vũ Thị Thanh H−ơng (2001) cho rằng: Trong 1.000 m3 n−ớc thải sinh hoạt đã qua xử lý bằng cơ học kết hợp hồ sinh học có chứa 52,9 kg N; 13,9 kg P2O5 và 28 kg K2O. Đây là nguồn dinh d−ỡng rất tốt cho cây trồng. Tuy nhiên, đối với mỗi loại cây trồng khác nhau cần chọn tỷ lệ sử dụng n−ớc thải thích hợp để cho năng suất tối −u, ví dụ đối với lúa cần 2.563,6 m3/ha (bằng 47,6% tổng nhu cầu n−ớc trong một vụ), đối với ngô cần 1.000 m3/ha (35,7% nhu cầu n−ớc), đối với khoai tây cần 902,2 m3/ha (34,2% nhu cầu n−ớc)... - Tỷ lệ giữa các nguyên tố dinh d−ỡng cần cho thực vật N:P:K trong n−ớc thải là 5:1:2, trong khi đó ở phân chuồng là 2:1:2. Nh− vậy, n−ớc thải là một nguồn phân bón có hàm l−ợng nitơ cao, thích hợp với sự phát triển của thực vật. - Trong thành phần cặn lắng của n−ớc thải có chứa nitơ, kali, phốt pho, canxi, ma giê... các chất này làm cho cặn lắng có giá trị phân bón rất lớn. So với các loại Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 28 phân bón vô cơ thì cặn lắng trong n−ớc thải có những −u điểm đáng chú ý là: Trong cặn có chứa tất cả các chất cần thiết cho thực vật và với độ ẩm 90-95% đất đai dễ đồng hoá các chất đó. - Nhiều tác giả cho rằng, các yếu tố có tác dụng quyết định hoặc loại trừ, hoặc giảm nhẹ ảnh h−ởng xấu của n−ớc thải đến môi tr−ờng là chế độ t−ới. Mức hoàn chỉnh và hợp lý của chế độ t−ới là nhân tố không những có tác dụng nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp mà góp phần sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên (đất, n−ớc, sức lao động...) và bảo vệ môi tr−ờng. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài n−ớc đều cho thấy: Sử dụng n−ớc thải để t−ới cho cây trồng và nuôi thuỷ sản có thể mang lại nguồn lợi rất lớn nh−: Tận dụng đ−ợc nguồn n−ớc, nguồn dinh d−ỡng trong n−ớc thải, giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất cây trồng và tác dụng cải tạo đất. Tuy nhiên, nếu sử dụng n−ớc thải không qua xử lý thì tác hại là rất lớn và ảnh h−ởng lâu dài, các giải pháp khắc phục là rất khó khăn. Tác hại của việc sử dụng n−ớc thải không qua xử lý sẽ thể hiện trong nhiều lĩnh vực nh−: - Làm ô nhiễm môi tr−ờng, ô nhiễm đất, n−ớc và không khí do n−ớc thải có mùi hôi thối, chứa nhiều chất hữu cơ, các độc tố, các loại kim loại nặng và các vi trùng gây bệnh... - ảnh h−ởng đến năng suất và chất l−ợng sản phẩm: T−ới quá nhiều n−ớc thải dẫn đến thừa dinh d−ỡng và làm cây trồng bị lốp, đổ. Các độc tố trong n−ớc thải gây nên các bệnh sinh lý, tích luỹ các chất độc hại trong cây trồng và thuỷ sản... - ảnh h−ởng đến sức khoẻ cộng đồng: ảnh h−ởng trực tiếp đến ng−ời nông dân khi sản xuất, ảnh h−ởng thông qua dây chuyền thực phẩm... Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây về xử lý và tái sử dụng n−ớc thải ở Việt Nam ch−a nhiều và mang tính đơn lẻ ở từng lĩnh vực với các địa điểm khác nhau. Hầu hết các đô thị và khu công nghiệp ở Việt Nam đều đ−ợc xây dựng từ rất lâu và không có hệ thống xử lý n−ớc thải, hệ thống tiêu thoát n−ớc thải cũ kỹ, kém tác dụng. N−ớc thải của các đô thị và khu công nghiệp đ−ợc xả trực tiếp vào các ao hồ, hệ thống thuỷ nông của các vùng phụ cận. Những năm 90 trở về tr−ớc, mức độ ô nhiễm ch−a nhiều nên sử dụng n−ớc thải đ−ợc coi là nguồn lợi đối với ng−ời sản xuất. Do nhu cầu phát triển, tốc độ đô thị hoá ngày càng tăng nhanh, các khu công nghiệp ngày càng mở rộng thì ô nhiễm do n−ớc thải đô thị và khu công nghiệp ngày càng trầm trọng, nhiều nơi đã ở mức báo động, ảnh h−ởng đến môi tr−ờng, sức khoẻ cộng đồng và sự phát triển của các ngành kinh tế. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 29 I.5. Giới thiệu về năng lực của cơ quan đối tác - Viện nghiên cứu Kỹ thuật Môi tr−òng ICIM – Bucarest: I.5.1. Giới thiệu về đất n−ớc Rumani Rumani là một n−ớc ở đông nam châu Âu, giáp với Biển Đen (Black Sea), nằm giữa Bulgari và Ukraine. Tổng diện tích khoảng 237.000 km2 với bờ biển dài 225 m. Rumani có khí hậu ôn hòa, mùa đông lạnh, nhiều mây với tuyết và s−ơng mù th−ờng xuyên, mùa hè nhiều nắng hay có m−a rào và dông. Có hai con sông chảy qua đất n−ớc Rumani là sông Danube và sông Prut. Địa hình đồng bằng và miền núi, tổng dân số là 23 triệu ng−ời. Thủ đô của Rumani là thành phố Bucarest, các thành phố lớn có Constanta, Brasov, Timisoara… Rumani là một n−ớc công nghiệp, nền nông nghiệp đóng góp 18% tổng GDP với 28% lực l−ợng lao động. Nông nghiệp của Rumani chủ yếu là sản xuất lúa mì, ngô và các sản phẩm khác nh−: củ cải đ−ờng, hạt h−ớng d−ơng, khoai tây, sữa, trứng, thịt, nho. Diện tích đất nông nghiệp khá lớn, trên 15 triệu ha, trong đó 1,5 triệu ha là đất đ−ợc t−ới. Trong khuôn khổ hợp tác theo nghị định th− giữa Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam và Bộ Tài nguyên Môi tr−ờng Rumani, Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam đã hợp tác với đối tác là Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Môi tr−ờng Rumani (ICIM). I.5.2. Giới thiệu về Viện ICIM - Viện nghiên cứu kỹ thuật môi tr−ờng - ICIM Bucharest- Rumani đ−ợc thành lập năm 1952, các lĩnh vực hoạt động chính bao gồm: Kết cấu công trình thuỷ lợi, kỹ thuật môi tr−ờng, kỹ thuật vệ sinh (xử lý n−ớc thải, chất thải rắn...), giám sát môi tr−ờng, kinh tế và luật môi tr−ờng, qui hoạch lãnh thổ, sinh thái đô thị, xây dựng các khu mẫu, đào tạo, kiểm định các phòng thí nghiệm của các cơ quan bảo vệ MT. - Các lĩnh vực giám sát môi tr−ờng của Viện bao gồm: Giám sát tổng hợp các thành phần môi tr−ờng, kỹ thuật cấp n−ớc, kiểm soát ô nhiễm n−ớc, đa dạng sinh học và sinh thái n−ớc, sinh thái và kỹ thuật đô thị, quản lý chất thải rắn, tác động môi tr−ờng của các công trình, xây dựng và ổn định nơi chứa chất thải, kinh tế, luật và thống kê môi tr−ờng, ô nhiễm công nghiệp. - Trong những năm gần đây, Viện đã tiến hành rất nhiều nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực qui hoạch và xử lý môi tr−ờng kết hợp với các cơ quan đối tác trong n−ớc và quốc tế nh−: (i) Quản lý hệ thống Quốc gia các thông tin về phát thải chất ô nhiễm vào không khí. (ii) Nghiên cứu các giải pháp cấp n−ớc và xử lý n−ớc thải cho khoảng 20 thị trấn. (iii) Nghiên cứu kiểm toán tác động môi tr−ờng các hoạt động của nhà máy, sân bay. (iv) Giải pháp cho kết cấu công trình thuỷ lợi và các bãi chôn rác. I.5.3. Một số ch−ơng trình, dự án nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực xử lý n−ớc thải và bảo vệ môi tr−ờng mà Viện ICIM đã thực hiện. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 30 - Ch−ơng trình giám sát và quản lý tổng hợp môi tr−ờng l−u vực sông Đanube - Ch−ơng trình hợp tác với EC quản lý quốc gia về mạng l−ới thông tin phát thải ô nhiễm trong không khí. - Ch−ơng trình đánh giá và quản lý chất thải thành phố tại 2 thành phố của Rumani - WHO. - Dự án đánh giá tác động ô nhiễm vùng biên giới 2 n−ớc Bulgari và Rumani. - Ch−ơng trình hợp tác với JICA nghiên cứu về quản lý rác thải cho thành phố Bucarest. - Phát triển mô hình cảnh báo l−u vực sông Danube - Ch−ơng trình quốc gia hợp tác với Hoa Kỳ về thay đổi khí hậu. - Ch−ơng trình nghiên cứu về chất l−ợng không khí, phát thải ô nhiễm trong không khí, mạng l−ới giám sát chất l−ợng n−ớc ở các n−ớc Đông và Trung Âu. - Ch−ơng trình Quốc gia tổng hợp về môi tr−ờng và sức khỏe của WHO - Ch−ơng trình hợp tác song ph−ơng với Bộ Môi tr−ờng V−ơng quốc Đan Mạch về ch−ơng trình hành động môi tr−ờng quốc gia của Rumani. - Ch−ơng trình hợp tác với Tây Ban Nha về quản lý môi tr−ờng. - Ch−ơng trình hợp tác song ph−ơng với Bộ Môi tr−ờng Đan Mạch về nâng cấp hệ thống cấp n−ớc cho thành phố Caraiova. - Nghiên cứu sử dụng vùng đất −ớt/ bãi lọc ngầm, thực vật n−ớc và hồ sinh học để xử lý chất hữu cơ trong n−ớc. - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sạch và quản lý chất thải công nghiệp để giảm thiểu và xử lý chất thải tại nhà máy sản xuất giấy Letea tại Bacau. - ... Một số thông tin trên cho thấy rằng: Viện nghiên cứu kỹ thuật môi tr−ờng - ICIM Bucharest - Rumani có thế mạnh về công trình nghiên cứu trong lĩnh vực môi tr−ờng, đặc biệt các vấn đề về qui hoạch đô thị, nghiên cứu xử lý n−ớc thải cho các đô thị nhỏ, thị xã, thị trấn... Do vậy, Viện Khoa học Thuỷ lợi đã chọn đối tác trên để hợp tác, trao đổi kinh nghiệm thực hiện dự án: “Hợp tác nghiên cứu để phát triển các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp”. I.5.4. Một số nghiên cứu điển hình về xử lý và tái sử dụng n−ớc thải đ−ợc Viện ICIM trao đổi với Viện KHTL Việt Nam trong quá trình thực hiện đề tài Trong quá trình thực hiện, Ban chủ nhiệm đề tài đã có các cuộc trao đổi với các nhà chuyên môn thuộc lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ xử lý n−ớc thải của Viện ICIM. Một số nội dung trao đổi nh− sau: - Về cơ sở phân loại và tiêu chuẩn chất l−ợng n−ớc các dòng chảy mặt. - Tiêu chuẩn và chỉ tiêu chất l−ợng n−ớc phục vụ nông nghiệp và nông thôn đ−ợc chia ra làm 4 loại nh− sau: + Mục đích cấp n−ớc cho sinh hoạt + Mục đích cấp n−ớc t−ới cho cây trồng Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 31 + Mục đích đảm bảo dòng chảy tự nhiên + Mục đích sử dụng cho chăn nuôi đàn gia súc chăn thả. Một số nghiên cứu sau đã đ−ợc Viện chia sẻ và trao đổi với Viện Khoa học Thuỷ Lợi Việt Nam trong lựa chọn các biện pháp công nghệ để xử lý n−ớc thải cho các vùng thị trấn, ven đô của Việt Nam: * Sử dụng biện pháp kết hợp UASB và RBC để xử lý n−ớc thải sinh hoạt và tái sử dụng để t−ới Viện Nghiên cứu Môi tr−ờng ICIM đã nghiên cứu áp dụng ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải bằng UASB (ph−ơng pháp xử lý bằng bể yếm khí bùn hoạt hoá dòng h−ớng ng−ợc) và RBC (thiết bị xử lý sinh học dạng trống quay) để xử lý n−ớc thải sinh hoạt. Thí nghiệm đ−ợc tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 11, 20 và 300C để đánh giá khả năng giảm thiểu COD, E.coli và tốc độ nitơ hoá của n−ớc thải. Kết quả cho thấy đối với thiết bị RBC, thời gian l−u là 2,5 giờ và tốc độ phân hủy chất hữu cơ là 47 gCOD/m2- ngày, hàm l−ợng COD trong n−ớc thải sinh hoạt sau xử lý vẫn còn rất cao (228 mg/l). Trong khi đó xử lý bằng UASB với cùng thời gian l−u, nh−ng tốc độ phân huỷ chất hữu cơ thấp hơn là 27, 10 và 14,5 g COD/m2-ngày và nhiệt độ kiểm soát ở mức 11, 20 và 30oC đối với từng tr−ờng hợp, hàm l−ợng COD t−ơng ứng sau xử lý chỉ còn 100, 85 và 72 mg/l. Thêm vào đó, hàm l−ợng amonia và E.coli đ−ợc xử lý trong bể UASB với nhiệt độ 300C cũng giảm đáng kể so với ở nhiệt độ 11 và 200C. Có thể kết luận rằng việc xử lý sinh học 2 giai đoạn: tiền xử lý n−ớc thải bằng bể UASB tr−ớc khi đ−a vào xử lý bằng RBC cho hiệu quả tốt hơn rất nhiều và có thể kết hợp sử dụng hai b−ớc xử lý yếm khí này để xử lý n−ớc thải sinh hoạt tr−ớc khi tái sử dụng để t−ới. Nghiên cứu cũng đã đ−a ra rằng biện pháp xử lý này rất thích hợp với các n−ớc đang phát triển vì không yêu cầu năng l−ợng để cung cấp cho thiết bị xử lý, mặt bằng xử lý cũng không đòi hỏi lớn, bên cạnh đó n−ớc thải sau xử lý đạt chất l−ợng có thể tái sử dụng để t−ới để tận dụng chất dinh d−ỡng cũng nh− nguồn n−ớc từ n−ớc thải. - Viện Nghiên cứu ICIM cũng đã sử dụng hệ thống UASB để xử lý n−ớc thải thành phố, với thời gian l−u thuỷ lực của hệ thống là 24 giờ, hiệu suất xử lý đ−ợc giữ ổn định cao hơn 85%, khi giảm thời gian l−u thuỷ lực của hệ thống xuống 5 giờ thì hiệu xuất khử COD còn 53% và hiệu suất khử SS còn 63%, COD n−ớc thải đầu vào là 640mg/l. * Hợp tác xây dựng nhà máy xử lý n−ớc thải Alanya – Thổ Nhĩ Kỳ Các công nghệ đã áp dụng: - Xử lý bậc 1: Xử lý cơ học o Sàng lọc: Đ−a qua l−ới lọc để lọc những hạt có đ−ờng kính nhỏ hơn 10 mm. o Bể lắng: loại bỏ những chất cặn lắng còn lại, chất cặn lắng sau đó đ−ợc bơm ra ngoài và đ−a đến bãi chôn lấp. - Xử lý bậc 2: Xử lý sinh học o Sử dụng bể hiếu khí với bùn hoạt tính Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 32 o Lắng tầng o Lọc sinh học - Xử lý bậc 3: Khử trùng bằng clo - Công suất xử lý của nhà máy: 28.976 m3/ngày - Hàm l−ợng chất ô nhiễm trong n−ớc thải : BOD5: 8.200 kg/ngày ; SS: 9.560 kg/ngày ; TKN: 1.360 kg/ngày ; TP: 260 kg/ngày. - Chất l−ợng n−ớc sau xử lý : BOD5: 20 mg/l; SS: 30 mg/l; TKN: 10 mg/l; TP: 2 mg/l * Sử dụng b∙i lọc ngầm để xử lý n−ớc thải Trong quá trình nghiên cứu và tham khảo tài liệu của một số cơ quan khoa học Mỹ, các nhà khoa học thuộc viện ICIM đã trao đổi rằng sử dụng bãi lọc ngầm trong xử lý n−ớc thải, đặc biệt ở các n−ớc nhiệt đới là rất thích hợp và có tác dụng bền vững trong xử lý các loại n−ớc thải đô thị, công nghiệp và nông nghiệp. Việc xử lý n−ớc thải bằng vùng đất −ớt/ bãi lọc ngầm đ−ợc coi là có hiệu quả, không tốn kém chi phí vận hành, vận hành đơn giản nên đặc biệt thích hợp với những vùng nông thôn - nơi điều kiện kinh tế còn khó khăn và khả năng vận hành các thiết bị xử lý n−ớc thải phức tạp còn hạn chế. Các hệ thống xử lý bằng vùng đất ngập n−ớc này qua nghiên cứu ở các vùng áp dụng trên thế giới trong báo cáo về hệ thống xử lý bằng vùng đất ngập n−ớc của cơ quan bảo vệ môi tr−ờng Hoa Kỳ có −u điểm v−ợt trội so với các hệ thống xử lý bằng bể yếm khí và bể aeroten do hệ thống này hoạt động đơn giản, chi phí vận hành và đầu t− thấp. Xử lý n−ớc thải bằng bãi lọc ngầm có 2 loại: a. Vùng đất ngập n−ớc chẩy mặt (FWS) Vùng đất ngập n−ớc chẩy mặt đ−ợc đặc tr−ng bởi chiều sâu ngập n−ớc của khu vực khoảng 0,4 - 1 m n−ớc trong đó có rất nhiều các loại cây trồng để tăng hiệu quả xử lý. Một vùng đất ngập n−ớc điển hình th−ờng bao gồm 3 vùng rõ rệt: Vùng 1 là vùng phân phối n−ớc vào có các cây trồng nổi và cây thuỷ sinh với chiều sâu khoảng 0,75 m n−ớc. Vùng hai là vùng n−ớc thoáng chỉ gồm các cây thuỷ sinh không có cây trồng với chiều sâu trên 1,2m, vùng này là vùng cung cấp oxy chính cho cả khu ngập n−ớc. Vùng 3 là vùng thu gom n−ớc cửa ra. Cũng có cấu tạo và đặc điểm giống vùng 1 nh−ng làm nhiệm vụ thu gom n−ớc và thoát n−ớc cho bãi. Hệ thống đất ngập n−ớc nếu đ−ợc thiết kế và vận hành hợp lý thì có thể cung cấp nơi sinh sống cho các loài sinh vật. Tuy nhiên những nh−ợc điểm của vùng đất ngập n−ớc là có thể gây mất mỹ quan và mùi hôi thối. Mặt khác có thể là nơi sinh sống của ruồi muỗi, nếu đặt ở gần khu dân c−. Việc sử dụng hệ thống ngập n−ớc còn có một khó khăn là việc thu hoạch sinh khối thực vật phải diễn ra th−ờng xuyên, tránh tình trạng sinh khối của thực vật già và chết trong n−ớc sẽ gây ô nhiễm thứ cấp nguồn n−ớc. Ngoài khả năng xử lý các chất hữu cơ hoà tan thì hệ thông ngập n−ớc cũng có khả năng xử lý các chất dinh d−ỡng nh− N và P, kim loại. Theo các số liệu thống kê Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 33 thì các vùng ngập n−ớc chẩy mặt không nên chạy quá tải trọng là 5-10kg TKN nếu muốn đạt hiệu quả xử lý đạt <10mg N/ml. b. Vùng đất ngập n−ớc chảy ngầm (SF) Hệ thống này mới xuất hiện gần đây và đ−ợc biết đến với các tên gọi khác nhau nh−: Bãi lọc ngầm trồng cây (Vegetated Submerged Bed – VSB); hệ xử lý với vùng rễ cây (Root Zone System); bể lọc với vật liệu sỏi trồng cây(Rock reed filter) hay bể lọc vi sinh và vật liệu sỏi (Microbial Rock filter)… Vùng đất ngập n−ớc chẩy ngầm (ngang) đ−ợc đặc tr−ng bởi nó đ−ợc thiết kế với một nền bằng gạch vỡ, cát sỏi theo cấp phối với chiều sâu dao động từ 0,3 - 1,5m. Cấu tạo của bãi lọc ngầm trồng cây về cơ bản cũng gồm các thành phần nh− của bãi lọc trồng cây ngập n−ớc nh−ng n−ớc thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc, trên đó có hệ thống phân phối n−ớc và ngăn thu n−ớc để n−ớc chẩy đều trong bãi lọc. Lớp lọc, nơi thực vật phát triển ở trên đó th−ờng gồm có đất, cát, đá và sỏi đ−ợc bố trí từ trên xuống để giữ độ xốp của lớp lọc. Dòng chảy có thể có dạng chảy từ d−ới lên, từ trên xuống hay chảy theo ph−ơng nằm ngang. Hầu hết hệ thống này đ−ợc thiết kế với độ dốc 1% hoặc hơn. Ưu điểm của hệ thống này so với hệ thống chẩy mặt là nó cách ly n−ớc thải với các sinh vật mang bệnh. Trên đó đ−ợc trồng các loại cây thuỷ sinh, n−ớc sẽ chẩy ngầm trong lớp nền này đồng thời các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật dính bám trên các vật liệu làm nền này đ−ợc xử lý tr−ớc khi thải ra kênh tiêu. Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, n−ớc thải đ−ợc lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt của các hạt vật liệu lọc và vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc. * Sử dụng hệ thống hồ sinh học để xử lý n−ớc thải: Các nhà khoa học thuộc viện ICIM đã nghiên cứu áp dụng sử dụng hồ sinh học để xử lý n−ớc thải cho một số thị trấn ngoại vi Bucarest. Qua kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học đã tìm thấy mối quan hệ giữa tải trọng chất bẩn, hiệu quả xử lý BOD5 và thời gian l−u n−ớc trong hồ, đối với hồ tuỳ tiện, hiệu suất xử lý BOD5 th−ờng đạt từ 70-85%, với hệ thống hồ kỵ khí 5 bậc và sau đó là hồ kỵ khí tuỳ tiện, hàm l−ợng BOD giảm tới 99%. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng đối với xử lý n−ớc thải có hàm l−ợng chất hữu cơ cao thì hiệu suất xử lý đạt cao nhất khi pH trong hồ điều chỉnh trong khoảng giá trị từ 6,5 - 8,0. Ngoài ra, Viện ICIM còn hợp tác với một số n−ớc nh− Hàn Quốc, Đức, Pháp, Thuỵ Sĩ để xây dựng các nhà máy xử lý n−ớc thải cho một số thành phố. Công nghệ sử dụng chủ yếu là công nghệ sinh học sử dụng màng lọc sinh học, bùn hoạt tính, ứng dụng các quá trình lắng tầng, nitơ hoá và nitơ hoá khử để xử lý các chất dễ bị phân huỷ sinh học nh− cácbon, nitơ, photpho... trong n−ớc thải. Các công nghệ sinh học sử dụng đều cho kết quả đầu ra tốt, đáp ứng đ−ợc tiêu chuẩn của Châu Âu. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 34 Ch−ơng II: Hiện trạng khu vực nghiên cứu (thị trấn lim – huyện tiên du - tỉnh bắc ninh) II.1. Điều kiện tự nhiên thị trấn Lim - huyện Tiên Du II.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của thị trấn Lim Thị trấn Lim là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá xã hội của huyện Tiên Du, là nơi cơ quan huyện đóng trên địa bàn. Đồng thời nơi đây cũng là nơi đặt trụ sở của nhiều cơ quan Trung −ơng tỉnh, bệnh viện, tr−ờng học cấp huyện, các doanh nghiệp... Thời điểm từ năm 1963 đến 10/12/1998, khu vực phố Lim vẫn còn là trung tâm của huyện lỵ Tiên Sơn (huyện Tiên Du và huyện Từ Sơn ngày nay) với quy mô dân số dự tính đến năm 2000 vào khoảng 3.500 - 4.000 ng−ời (khu nội thị) và diện tích tự nhiên khoảng 36 ha. Sau khi tỉnh Bắc Ninh đ−ợc tái lập, huyện Tiên Du đ−ợc tách khỏi huyện Tiên Sơn và khu vực phố Lim chính thức đ−ợc Thủ t−ớng chính phủ phê duyệt trở thành thị trấn của huyện Tiên Du theo quyết định số 101/1998/NĐ-CP ngày 10/12/1998. Địa giới thị trấn Lim bao gồm toàn bộ xã Vân T−ơng cũ cùng với toàn bộ cơ sở vật chất kỹ thuật hạ tầng của xã với diện tích tự nhiên khoảng 512 ha. Các đơn vị hành chính của thị trấn hiện tại đ−ợc chia làm 3 thôn: thôn Lũng Sơn, thôn Lũng Giang và thôn Duệ Đông. Bên cạnh sự thay đổi về chức năng và quy mô, sự phát triển của thị trấn Lim còn chịu ảnh h−ởng lớn của chuỗi đô thị trên tuyến Quốc lộ 1A và 1B mới mở ở phía Nam, chịu sự tác động của thị xã Bắc Ninh, thị trấn Từ Sơn và của khu công nghiệp Tiên Sơn đang trong quá trình hoàn thành và đi vào hoạt động. II.1.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 1. Điều kiện tự nhiên: Thị trấn Lim nằm ở phía Tây Bắc của tỉnh Bắc Ninh, cách trung tâm thị xã Bắc Ninh 5 km về phía Tây Nam và cách thủ đô Hà Nội 25 km về phía Đông Bắc. - Phía Bắc giáp xã Phú Lâm. - Phía Nam giáp xã Liên Bão. - Phía Tây giáp xã Nội Duệ - Phía Đông giáp xã Võ C−ờng của thị xã Bắc Ninh Địa hình thị trấn Lim t−ơng đối bằng phẳng, cao độ thay đổi từ +3,90m đến +5,80m. Trong địa bàn khu vực thị trấn có Đồi Lim với diện tích 7,5ha, cao độ đỉnh đồi +24,8m, s−ờn đồi có độ dốc lớn và thay đổi, phía Bắc thị trấn có đồi Lũng Sơn. Nhiệt độ bình quân: 23,30C L−ợng m−a: bình quân năm là 1.400 mm. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 35 Độ ẩm không khí trung bình năm là 82,7%. Trong khu vực có nhiều hồ, ao là dấu tích của dòng sông Tiêu T−ơng tr−ớc kia còn lại chạy quanh theo địa hình. Khu vực thị trấn Lim nằm trong hệ thống thuỷ nông của sông Ngũ Huyện Khê cách thị trấn 3 km về phía bắc. Hiện trạng sử dụng đất của thị trấn đ−ợc thể hiện ở bảng sau: Bảng 2.1: Hiện trạng sử dụng đất khu vực thị trấn Lim. TT Loại đất Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) 1 Đất nông nghiệp 344,63 67,29 2 Đất chuyên dùng: - Đất xây dựng - Đất giao thông - Đất thuỷ lợi, mặt n−ớc - Đất di tích lịch sử, văn hoá - Đất quốc phòng, an ninh - Đất nghĩa trang, nghĩa địa 97,03 14,18 59,57 15,11 3,26 0,55 4,46 18,94 3 Đất ở 42,64 8,32 4 Đất ch−a sử dụng 27,89 5,45 Tổng cộng: 512,19 100 Trong tổng số diện tích tự nhiên hơn 512 ha của thị trấn thì diện tích đất canh tác chiếm 300ha, diện tích đất dân c− thị trấn là 80ha, còn lại diện tích đất khác chiếm hơn 100ha. Quỹ đất dành cho phát triển đô thị khá dồi dào, có cả đất đồi và đất ruộng canh tác kém hiệu quả để dành cho xây dựng, đặc biệt là tiềm năng cho phát triển công nghiệp. Hiện tại, đất đã xây dựng chiếm khoảng 50ha, ch−a kể khu vực đồi Lim đã xây dựng khoảng 10.000m2 nhà cấp 4. Các trụ sở cơ quan làm việc của huyện và các cửa hàng mới chỉ có khoảng 3000m2 chủ yếu là nhà 2 tầng gồm trụ sở của huyện uỷ, UBND huyện và các cơ quan chuyên ngành, ngân hàng, kho bạc... Trong định h−ớng phát triển kinh tế của huyện Tiên Du đã quy hoạch phát triển cụm công nghiệp thị trấn Lim với quy mô diện tích 8ha nằm giữa quốc lộ 1A và đ−ờng sắt, giáp với thị xã Bắc Ninh. Đây sẽ là cụm công nghiệp có vị trí thuận lợi để phát triển các ngành nh−: cơ khí kỹ thuật điện, chế biến gỗ, sản xuất đồ gia dụng. Sông Đuống chảy qua phía Nam huyện Tiên Du tạo nên thế mạnh về vận tải đ−ờng thuỷ và khai thác tài nguyên thiên nhiên. Với vị trí và điều kiện tự nhiên nêu trên đã tạo điều kiện cho việc phát triển kinh tế xã hội trong các lĩnh vực nh−: nông nghiệp - công nghiệp - th−ơng mại - du lịch và dịch vụ khác. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 36 Dân số toàn thị trấn là 10.670 ng−ời thuộc 2.400 hộ dân sinh sống, trong đó thôn Lũng Sơn là 3.100 ng−ời, thôn Duệ Đông 2.084 ng−ời và thôn Lũng Giang khoảng hơn 5.000 ng−ời. Mật độ dân số trên toàn thị trấn là 22.739 ng−ời/km2, tỷ lệ tăng dân số 1,2% (năm 2004). Tổng số dân trong độ tuổi lao động là 5.877 ng−ời trong đó lao động phi nông nghiệp là 3.960 ng−ời chiếm 67% lao động của thị trấn, chủ yếu làm trong các ngành tiểu thủ công nghiệp và kinh doanh dịch vụ th−ơng mại. 2. Tình hình phát triển kinh tế x∙ hội thị trấn Lim: Trên toàn địa bàn thị trấn chỉ có khoảng 20% số hộ thuần nông, 5% số hộ làm nghề giết mổ, còn lại đa phần có nghề kinh doanh dịch vụ, buôn bán, cơ khí, mộc, sửa chữa... Tổng số các cơ sở kinh doanh dịch vụ trên địa bàn thị trấn là 1124 cơ sở. Nguồn thu ngân sách của địa ph−ơng cũng chủ yếu từ kinh doanh dịch vụ, sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp với tổng giá trị là 8.589.600.000 đ/năm (năm 2004). Tổng giá trị sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp trong năm 2004 là 145 tỷ đồng. Số hộ nghèo hiện nay trên toàn thị trấn là 112 hộ (chiếm 1,77%). * Tình hình sản xuất nông nghiệp của thị trấn: • Chăn nuôi: - Về chăn nuôi gia súc gia cầm trong những năm gần đây gặp nhiều khó khăn do dịch bệnh nhiều (bệnh lở mồm long móng ở gia súc, bệnh cúm gia cầm), mặt khác giá l−ơng thực và thức ăn chăn nuôi liên tục tăng mạnh. Tuy nhiên, trong nhìn chung về chăn nuôi trong thị trấn vẫn phát triển ổn định, đặc biệt là thôn Lũng Giang và Lũng Sơn. Trong năm 2004, đàn trâu bò của thị trấn th−ờng xuyên giữ ở mức 82 con (chủ yếu tăng đàn trâu nuôi giết thịt); đàn lợn là 8.500 con, sản l−ợng −ớc đạt 595 tấn lợn hơi; đàn gia cầm là 30.000 con. - Công tác phòng trừ dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm luôn đ−ợc chủ động, kết hợp giữa các cấp, các ngành để chủ động ngăn chặn kịp thời các dịch bệnh xảy ra có thể lây lan. - Về thuỷ sản: Năm 2004 diện tích nuôi trồng thuỷ sản trên địa bàn thị trấn là 20,05 ha, sản l−ợng đạt 80,2 tấn, giá trị đạt 721,8 triệu đồng. Cùng với nuôi cá, trên địa bàn thị trấn đang phát triển phong trào nuôi con đặc sản, đặc biệt là nuôi ba ba, đến nay tổng số hộ nuôi đặc sản là 28 hộ, b−ớc đầu đạt hiệu quả kinh tế khá cao. Thị trấn vẫn đang tiếp tục vận động chuyển đổi ruộng trũng sang nuôi thuỷ sản (VAC). • Trồng trọt: Diện tích trồng lúa trên địa bàn thị trấn là 601,92 ha, trong đó vụ chiêm xuân là 293,76 ha, vụ mùa là 308,16 ha. Diện tích cây rau màu các loại là 20 ha. Tổng diện tích gieo trồng (năm 2004) là 621,92 ha. - Cơ cấu giống lúa: Huyện và thị trấn đã chú trọng đ−a vào gieo trồng các giống lúa có năng suất và chất l−ợng cao nh− lúa lai, thuần Trung quốc, C70 và Xi 23 đạt 85,56 diện tích, giống nếp và tẻ thơm đạt 14,44% diện tích. Nghiên cứu các giải pháp xử lý n−ớc thải đô thị nhằm tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp 37 - Cơ cấu mùa vụ: Trà lúa xuân trung là 24,21 ha t−ơng đ−ơng 8,24% diện tích, trà lúa xuân muộn là 268,55 ha t−ơng đ−ơng 91,76% diện tích. - Năng suất và sản l−ợng: Năng suất lúa thu hoạch bình quân đạt 49,8 tạ/ha, trong đó vụ chiêm xuân đạt trung bình 58,37 tạ/ha, vụ mùa đạt trung bình 41,7 tạ/ha. Ngoài ra, rau màu cũng là một loại cây trồng quan trọng ở thị trấn Lim, diện tích cây rau màu các loại trên thị trấn là 20 ha. Tính bình quân trên toàn địa bàn thị trấn, thu nhập từ trồng lúa đạt 30.000.000 đ/ha/năm, thu nhập từ trồng rau màu đạt 56.000.000 đ/ha/năm. * Cơ cấu kinh tế gia đình khu vực thị trấn Lim: Trong khu vực thị trấn Lim chủ yếu chia thành 2 phần chính: + Khu phố huyện phần lớn có nghề kinh doanh dịch vụ, cơ khí, sửa chữa, vận tải... + Các hộ làm nghề nông trong các thôn cũng có nhiều nghề phụ nh− chế biến l−ơng thực, kinh doanh buôn bán, nghề mộc, nghề xây dựng. Nhà ở trong khu vực thị trấn là do dân tự xây cũng chia làm 2 loại chủ yếu: + Nhà ở mặt phố chia lô có xu h−ớng xây theo kiểu đô thị, nhà hiện đại, nhiều nhà đã đ−ợc xây dựng với diện tích sử dụng lớn, cao tầng nh−ng vẫn còn tình trạng xây dựng tuỳ tiện, lộn xộn, hình dáng kiến trúc tự phát không ăn nhập. + Nhà ở trong các làng truyền thống đ−ợc xây dựng từ lâu đời theo kiểu cách dân gian, nhà 5 gian có sân, v−ờn, nhà ngang... Tuy nhiên trong những năm gần đây, đời sống kinh tế phát triển nên đã có nhiều hộ xây dựng nhà mái bằng kiên cố. II.1.3. Hạ tầng cơ sở: Giao thông: thị trấn Lim có tuyến đ−ờng quốc lộ 1A cũ, tuyến quốc lộ 1B mới xây dựng và tuyến đ−ờng sắt Hà Nội - Lạng Sơn chạy qua đã nối liền chuỗi đô thị Hà Nội - Yên Viên - Từ Sơn - Lim - Bắc Ninh - Bắc Giang.... Đ−ờng phố chính của thị trấn đ−ợc hình thành từ quốc lộ 1A cũ và tỉnh lộ 270. Quốc lộ 1A đoạn đi qua địa giới của thị trấn dài hơn 3 km, lòng đ−ờng dành cho xe chạy rộng 7,5 m ch−a có bó vỉa và lát hè, thiếu hệ thống chiếu sáng. Tỉnh lộ 270 đoạn đi qua địa bàn thị trấn dài 1,3km, chỉ có 700m đã đ−ợc bó vỉa, đoạn còn lại thì hình thức giống nh− đ−ờng ngoại thị. Các tuyến đ−ờng nội bộ thị trấn đã t−ơng đối hoàn thiện, bao gồm: 4 km đ−ờng trải nhựa; 10 km đ−ờng bê tông, lát gạch và 12 km đ−ờng cấp phối liên thôn. Điện: tron