Nghiên cứu cải thiện chất lượng nước hồ đô thị bằng giải pháp kết hợp làm thoáng qua hệ thống định hình dòng chảy và bãi lọc trồng cây tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ỨNG THỊ THÚY HÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP LÀM THỐNG QUA HỆ THỐNG ĐỊNH HÌNH DỊNG CHẢY VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY Chuyên ngành: Công nghệ mơi trường nước nước thải Mã số: 9520320-2 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - Năm 2023 Luận án hoàn thành Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lều Thọ Bách Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Trần Thị Hiền Hoa Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Ngọc Dung Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Phản biện 3: PGS.TS Võ Anh Tuấn Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi …… …… ngày …… tháng …… năm …… Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Hồ đô thị tự nhiên hay nhân tạo thường thực nhiều chức như: tạo cảnh quan, cải thiện môi trường sống cho đô thị; điều hịa khơng khí khu vực; kiểm sốt úng ngập; bảo tồn phát triển giá trị văn hóa, lịch sử; phục vụ nhu cầu vui chơi, giải trí, thể thao, du lịch; phát triển kinh tế Nước thải ngun nhân gây nhiễm nước hồ thị Phần lớn thông số đặc trưng để đánh giá chất lượng nước mặt BOD5, COD, NH4+, PO43-, ô-xy hịa tan (Dissolved Oxygen - DO),…đều khơng đạt giá trị yêu cầu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 Với ưu điểm tiêu tốn lượng, khơng cần hóa chất, vận hành đơn giản, giải pháp xử lý ô nhiễm nước hồ đô thị điều kiện tự nhiên bãi lọc trồng (BLTC) khả thi, khí hậu nhiệt đới Việt Nam Tuy nhiên, hạn chế lớn giải pháp nồng độ DO BLTC thường mức thấp dẫn đến hiệu xử lý nitơ thấp Một phương pháp làm thoáng tự nhiên nhằm tăng cường DO nhận nhiều quan tâm giới gần sử dụng mẫu định hình dịng chảy (ĐHDC) bố trí dạng thác (flowforms cascade - FC) So với phương pháp làm thoáng tự nhiên truyền thống đập tràn hay thác tràn, phương pháp thác ĐHDC thường có hiệu bổ cập ơ-xy cao Mặt khác, mẫu ĐHDC thường chế tạo với hình dạng mang tính nghệ thuật nên cịn góp phần trang trí cảnh quan cho nơi áp dụng Với mong muốn cung cấp thêm sở khoa học để đánh giá hiệu đề xuất giải pháp kỹ thuật đơn giản, thân thiện với mơi trường, phù hợp với điều kiện khí hậu thực tế hồ đô thị Việt Nam, tác giả thực luận án: “Nghiên cứu cải thiện chất lượng nước hồ đô thị giải pháp kết hợp làm thống qua hệ thống định hình dịng chảy bãi lọc trồng cây” Mục tiêu luận án (1) Chế tạo mẫu ĐHDC; đánh giá hiệu làm thoáng hệ thống ĐHDC với mẫu ĐHDC chế tạo; (2) Đánh giá tác động hệ thống ĐHDC điều kiện vận hành BLTC đến hiệu xử lý chất nhiễm chính: BOD5, NH4+-N, TSS, TN, PO43 P nước hồ đô thị bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt (NTSH); (3) Lựa chọn mơ hình động học phù hợp cho q trình xử lý BLTC kết hợp mẫu ĐHDC điều kiện thực tế Xác định hệ số tốc độ xử lý số chất nhiễm chính: BOD5, NH4+-N, TSS, TN, PO43 P điều kiện thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu: nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH có hàm lượng ơ-xy hịa tan thấp Phạm vi nghiên cứu: sử dụng mơ hình thực nghiệm trường để nghiên cứu khả làm thoáng hệ thống ĐHDC khả xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH giải pháp kết hợp BLTC hệ thống ĐHDC Cơ sở khoa học luận án - Hiệu bổ cập ô-xy mẫu ĐHDC phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy qua mẫu Ở mức lưu lượng phù hợp, mẫu ĐHDC xuất dịng chảy xốy hình số “8”, nhờ q trình xáo trộn tăng cường, dẫn đến hiệu bổ cập ô-xy cải thiện - Hiệu bổ cập ô-xy hệ thống ĐHDC tăng theo số bậc mẫu ĐHDC Hệ thống ĐHDC thiết kế gồm nhiều mẫu ĐHDC đặt nối tiếp dạng bậc thang để tăng giá trị DO tới mức tối đa - Việc kết hợp BLTC với hệ thống ĐHDC giúp nâng cao mức DO BLTC, hiệu xử lý chất hữu đặc biệt ni-tơ tăng cường - Bằng cách điều chỉnh điều kiện vận hành, BLTC xuất vùng hiếu khí thiếu khí, tạo điều kiện cho q trình nitrat hóa khử nitrat xảy Nội dung nghiên cứu (1) Nghiên cứu trạng nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH địa bàn TP Hà Nội; (2) Nghiên cứu chế tạo mẫu ĐHDC vật liệu phù hợp; (3) Đánh giá khả bổ cập ơ-xy hệ thống làm thống tự nhiên với mẫu ĐHDC nghiên cứu thực nghiệm; (4) Bằng nghiên cứu thực nghiệm trường, đánh giá, so sánh hiệu xử lý chất ô nhiễm đặc trưng nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH BLTC không kết hợp kết hợp với hệ thống làm thoáng mẫu ĐHDC Phương pháp nghiên cứu Tác giả sử dụng phương pháp: tổng quan tài liệu; khảo sát thực địa; thực nghiệm mơ hình trường; xử lý, phân tích, tổng hợp so sánh số liệu; chuyên gia Những đóng góp luận án (1) Luận án xác định mức độ cải thiện hàm lượng ơ-xy hịa tan (DO) thơng qua hệ thống ĐHDC Hàm lượng DO tăng lên tới 5,6 mg/L đối tượng nước hồ nghiên cứu; (2) Luận án khẳng định hiệu xử lý chất nhiễm BLTC dịng chảy ngầm - ngang (HSF) tăng cường đáng kể nước hồ làm thoáng hệ thống ĐHDC; (3) Luận án xác định hệ số tốc độ xử lý chất ô nhiễm: BOD5, TSS, NH4+-N, TN, PO43 P mơ hình kết hợp hệ thống ĐHDC BLTC dòng chảy ngầm - ngang xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học - Luận án tổng quan nguồn phát sinh ô nhiễm, chất lượng nước hồ đô thị phương pháp xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH; - Đánh giá hiệu làm thoáng xác định số bậc tối ưu hệ thống làm thoáng mẫu ĐHDC nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH; - Đánh giá hiệu xử lý nước hồ đô thị bị ô nhễm NTSH BLTC không kết hợp kết hợp với hệ thống làm thoáng; - Đánh giá tác động hệ thống ĐHDC điều kiện vận hành BLTC đến phân bố DO dọc theo BLTC hiệu xử lý chất ô nhiễm đặc trưng - Xác định hệ số tốc độ chuyển hóa số chất nhiễm: BOD5, NH4+-N, TSS, TN, PO43 P BLTC kết hợp không kết hợp với hệ thống ĐHDC điều kiện thực tế Ý nghĩa thực tiễn - Hệ thống làm thống mẫu ĐHDC có khả bổ cập ơ-xy cho nước cao ứng dụng vào hệ thống xử lý nước thực tế; - Kết nghiên cứu luận án giúp hoàn thiện nâng cao khả ứng dụng BLTC XLN hồ đô thị bị ô nhiễm Đây giải pháp có hiệu xử lý cao, chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu QCVN 14:2008/BTNMT (cột B) Với QCVN 14:2008/BTNMT, trừ tiêu NH4+N, tiêu khác đáp ứng yêu cầu cột B1 Khi kết hợp BLTC với hệ thống ĐHDC - giải pháp tiết kiệm chi phí xử lý so với giải pháp truyền thống, thân thiện mơi trường góp phần tạo cảnh quan xung quanh - Kết nghiên cứu luận án nguồn tài liệu tham khảo cho nhà nghiên cứu cung cấp thêm lựa chọn cho nhà quản lý xử lý ô nhiễm hồ đô thị Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án gồm: Mở đầu Chương Tổng quan trạng ô nhiễm môi trường nước hồ đô thị việt nam giải pháp cải thiện chất lượng nước hồ Chương Cơ sở khoa học trình xử lý nước hồ bị ô nhiễm bãi lọc trồng kết hợp với hệ thống định hình dịng chảy Chương Nghiên cứu thực nghiệm Chương Kết nghiên cứu thảo luận Kết luận, Kiến nghị Sơ cấu trúc luận án trình bày hình đây: Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM VÀ CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ 1.1 Chức trạng sử dụng hồ thị 1.1.1 Vai trị hồ đô thị Hồ đô thị tự nhiên hay nhân tạo thường thực nhiều chức như: tạo cảnh quan, cải thiện môi trường sống cho đô thị; điều hịa khơng khí; kiểm sốt úng ngập; bảo tồn phát triển giá trị văn hóa, lịch sử; phục vụ nhu cầu vui chơi, giải trí, thể thao, du lịch; phát triển kinh tế 1.1.2 Hiện trạng sử dụng hồ đô thị Việt Nam Theo kết khảo sát 636 hồ nằm khu vực đô thị thuộc 46 tỉnh, thành nước [35] Các hồ thuộc khu vực đô thị thường sử dụng vào mục đích sau: điều tiết nước mưa, tiếp nhận nước thải (353); tạo cảnh quan sinh thái (47); phục vụ cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu (hồ thủy lợi); bảo tồn giá trị di tích lịch sử, tâm linh (16); nuôi cá (27); chứa nước thải (12) 1.2 Hiện trạng ô nhiễm hồ đô thị Việt Nam 1.2.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm hồ đô thị Nước thải chưa qua xử lý rác thải đô thị xả vào hồ nằm nguyên nhân gây nhiễm hồ thị Sinh vật hồ bị phân hủy chết, trầm tích bị xáo trộn mưa, dịng chảy gây nhiễm thứ cấp cho hồ 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm hồ đô thị số thành phố Bảng 1.2 Chất lượng nước hồ đô thị số thành phố DO COD NH4+ -N (mg/L) (mg/L) (mg/L) QCVN 08-MT:2015 (B1) 30 0,9 ³4 Đà Nẵng 1,8 ÷ 5,8 22,75÷83,53 0,51 ÷ 1,2 Huế 4,17 ÷ 4,77 21,43 ÷ 53,07 0,27 ÷1,75 Bà Rịa-VT 4,2 ÷ 5,2 18,3 ÷ 60,7 0,06 ÷1,67 Hải Phòng 3,93 ÷ 5,43 34,8 ÷ 51,6 0,14 ÷ 5,36 Việt Trì 3,8 ÷ 4,7 21,17 ÷ 76,05 0,03 ÷ 0,46 TT Thành phố Cần Thơ 3,1 ÷ 4,6 PO43Số hồ (mg/L) khảo sát 0,3 0,11 ÷ 1,68 hồ 0,02 ÷ 2,15 hồ 0,12 ÷ 0,17 hồ 0,02 ÷ 1,79 hồ 0,02 ÷ 0,28 hồ 31,43 ÷ 48,17 0,07 ÷ 0,81 0,12 ÷ 0,14 hồ Nguồn: [27], [32], [35] 1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm hồ thành phố Hà Nội Hồ đô thị địa bàn TP Hà Nội chia thành nhóm sau [6]: - Nhóm 1: khơng tiếp nhận nước thải, tiếp nhận nước mưa; - Nhóm 2: tiếp nhận hỗn hợp nước mưa + nước thải có mưa; - Nhóm 3: thường xuyên tiếp nhận nước thải trực tiếp Bảng 1.3 Chất lượng nước hồ khu vực thành phố Hà Nội TT Tên hồ QCVN08-MT:2015 (B1) Hồ Cẩn (1) Hồ Bảy Gian (1) Hồ Tân Mai (2) Hồ Hố Mẻ (2) Hồ nhỏ Kim Liên (3) Hồ Hai Bà Trưng (3) Hồ Cá Bác Hồ (1) Hồ KĐT Văn Phú (2) Hồ Ngọc Thuỵ (3) Nhiệt độ (0C) 26,0 ± 5,2 24,9 ± 5,3 25,6 ± 5,2 25,4 ± 5,8 25,0 ± 5,4 25,1 ± 5,4 25,1 ± 5,6 24,8 ± 6,3 24,8 ± 5,5 DO COD (mg/L) (mg/L) ³4 30 3,8 ± 0,4 57,5 ± 8,8 3,8 ± 0,4 53,8 ± 7,3 2,6 ± 0,5 75,6 ± 5,4 2,8 ± 0,7 68,0 ± 7,0 0,1 ± 0,1 188,3 ± 32,4 2,7 ± 0,4 83,1 ± 14,1 4,5 ± 0,4 46,1 ± 6,8 3,8 ± 0,4 60,3 ± 5,8 3,6 ± 0,3 74,6 ± 7,6 TN (mg/L) 3,5 ± 0,8 4,0 ± 0,9 6,7 ± 0,7 6,1 ± 0,8 25,9 ± 5,0 8,9 ± 1,8 3,3 ± 0,3 4,8 ± 0,4 5,9 ± 0,9 TP (mg/L) 2,5 ± 1,0 1,7 ± 0,5 1,9 ± 0,3 2,6 ± 0,7 3,4 ± 0,6 2,1 ± 0,6 1,6 ± 0,5 2,3 ± 0,4 2,6 ± 0,6 Ghi chú: (1), (2), (3): Các hồ thuộc nhóm 1, nhóm 2, nhóm Thời gian lấy mẫu từ tháng 11/2019 đến 4/2020, số mẫu phân tích n = 1.3 Tổng quan phương pháp kiểm soát chất lượng nước hồ 1.3.1 Các giải pháp giới Các giải pháp giới gồm phương pháp vật lý: pha loãng xả đáy; sục khí sâu; làm thống hệ thống ĐHDC; nạo vét trầm tích đáy hồ Phương pháp sinh học: xử lý VSV; công nghệ màng sinh học; chế phẩm vi sinh; BLTC; thực vật thuỷ sinh 1.3.2 Các giải pháp Việt Nam Các giải pháp Việt Nam: nạo vét hồ; xử lý thực vật thuỷ sinh; chế phẩm hóa học kết hợp với chế phẩm vi sinh thực vật thủy sinh; chế phẩm Redoxy-3C 1.4 Đề xuất nội dung nghiên cứu Hầu hết hồ đô thị tỉnh thành bị ô nhiễm phải tiếp nhận NTSH/nước thải đô thị Đặc biệt, TP Hà Nội, nồng độ DO nhiều hồ thấp, làm suy giảm đáng kể khả tự làm hồ Giải pháp kết hợp BLTC hệ thống ĐHDC phát huy ưu điểm việc xử lý ô nhiễm điều kiện tự nhiên: tiêu tốn lượng, khơng cần hóa chất, vận hành đơn giản, phù hợp điều kiện khí hậu Việt Nam CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC HỒ BỊ Ơ NHIỄM BẰNG BÃI LỌC TRỒNG CÂY KẾT HỢP VỚI HỆ THỐNG ĐỊNH HÌNH DỊNG CHẢY 2.1 Cơ sở khoa học q trình xử lý bãi lọc trồng 2.1.1 Khái niệm phân loại bãi lọc trồng Bãi lọc trồng hệ sinh thái ngập nước với mực nước nông cấy trồng loại thực vật điều kiện đất ẩm Hình 2.1 Sơ đồ phân loại dạng bãi lọc trồng [87] 2.1.2 Cơ chế trình xử lý bãi lọc trồng Cơ chế xử lý chất ô nhiễm BLTC gồm trình: lắng đọng, lọc nhờ VLL hay rễ thực vật; hấp thụ, hấp phụ; bốc hơi, khuếch tán, làm thống; chuyển hóa chất nhờ VSV, thực vật, 2.1.3 Vai trò vi sinh vật thực vật trình xử lý Hệ VSV tham gia trình chuyển hóa ni-tơ, phốt-pho, xử lý KLN tác động đến khả hấp thụ thực vật [129] Trong BLTC, thực vật tham gia nhiều chế: rễ, thân giúp phân bố dòng chảy, tăng khả lưu giữ cặn, giảm phát triển tảo [124]; rễ hấp thụ chất dinh dưỡng vận chuyển ô-xy vào nước [58] 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý bãi lọc trồng - Thời gian lưu nước (HRT): định thời gian tiếp xúc chất nước VSV nên ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu xử lý - Nhiệt độ: điều kiện tự nhiên, tốc độ chuyển hóa chất BLTC thường đồng biến với nhiệt độ - pH: Độ pH nước ảnh hưởng đến hiệu xử lý BLTC - Ơ-xy hịa tan (DO): DO có vai trị quan trọng q trình nitrat hóa phân hủy sinh học hợp chất hữu xảy BLTC - Độ dẫn thủy lực VLL: VLL giá thể để VSV dính bám sinh trưởng Độ dẫn thủy lực cao giúp giảm tắc nghẽn dòng chảy BLTC 2.3 Động học q trình xử lý chất nhiễm bãi lọc trồng Quá trình xử lý chất ô nhiễm BLTC đặc trưng mô hình động học bậc 1, biểu diễn phương trình (2.15) Trên sở mơ hình động học bậc 1, Kadlec Knight [84] phát triển mơ hình k-C* - phương trình (2.16) để mơ tả q trình xử lý BLTC dòng chảy ngầm ngang !" #$ = −𝑘% 𝐶 (2.15) ; "!" &" ∗ "$à& &" ∗ = 𝑒 &'" /)*+ (2.16) Reed cộng [112] đề xuất mơ hình động học xử lý chất ô nhiễm BOD5, NH4+-N, TN BLTC phương trình (2.23): 𝐶,- = 𝐶%à/ 𝑒 &'' $ (2.23) Trong công thức đây: C, Cvào , Cra , C* - tương ứng nồng độ chất nhiễm vị trí quan sát, dịng vào, dòng khỏi nồng độ chất ô nhiễm BLTC, mg/L; t - thời gian lưu thủy lực, ngày; kv - hệ số tốc độ xử lý chất nhiễm tính theo thể tích, ngày-1 ka - hệ số tốc độ xử lý chất ô nhiễm tính theo diện tích, m3/m2.ngày; kT : số tốc độ phản ứng nhiệt độ T, ngày-1; HLR - tải trọng thủy lực m3/m2.ngày 2.4 Cơ sở khoa học q trình làm giàu ơ-xy cho nước 2.4.1 Ngun lý q trình làm thống tự nhiên Sự chuyển khối ơ-xy vào dịng nước qua đập, máng tràn xảy q trình khuếch tán ơ-xy từ bề mặt tiếp xúc khí-nước mà hiệu phụ thuộc vào chiều cao rơi, nhiệt độ, độ thiếu hụt ơ-xy nước, Hình 2.9 Cơ chế làm thống nhờ máng tràn diện tích tiếp xúc pha khí-nước 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu q trình làm thống a Sự trao đổi ơ-xy khơng khí nước: Tốc độ hịa tan ơ-xy từ khơng khí vào nước tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc pha nước - khơng khí độ thiếu hụt ô-xy nước b Nhiệt độ độ mặn: Nhiệt độ, độ mặn nước tăng độ hịa tan ôxy nước giảm c Cường độ xáo trộn, độ sâu thủy vực: Tốc độ hòa tan ô-xy từ không khí vào nước tỷ lệ thuận với cường độ xáo trộn pha nước-khí Nồng độ DO phân bố không theo chiều sâu thủy vực, lớp nước sâu DO thấp [99] d Quang hợp: nồng độ DO vào ban ngày tăng lên hoạt động quang hợp giảm xuống vào ban đêm hô hấp thực vật e Một số yếu tố khác: q trình phân hủy chất hữu cơ, nitrat hóa VSV nước làm tiêu hao ô-xy giảm DO; q trình khí vùng rễ giúp ơ-xy vận chuyển qua thân, rễ vào nước giúp tăng DO 2.5 Cơ sở khoa học khả ứng dụng hệ thống định hình dịng chảy xử lý nước hồ bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt 2.5.1 Khái niệm nguyên lý hoạt động mẫu định hình dịng chảy Mẫu ĐHDC: cơng cụ làm thống, tạo hình thái dịng chảy hình số “8”, cho phép dịng nước bổ cập ơ-xy từ khơng khí Hệ thống ĐHDC: thiết kế dạng bậc thang gồm nhiều mẫu ĐHDC (có hình dạng giống khác nhau) xếp liền tạo thành thác nước Hình 2.11 Mẫu định hình dịng chảy [121] 11 Hình 3.1 Các nghiên cứu thực nghiệm 3.2 Nghiên cứu chế tạo mẫu định hình dịng chảy 3.2.1 Mục đích nghiên cứu Lựa chọn thiết kế, vật liệu, chế tạo mẫu ĐHDC 3.2.2 Mơ hình bước nghiên cứu Hệ thống làm thoáng gồm bảy bậc ĐHDC (2 bậc chế tạo từ gốm tráng men, bậc chế tạo từ xi măng trắng; bậc chế tạo từ UHPC), đặt trời vận hành để xử lý NTSH thời gian hai năm 3.2.3 Lựa chọn mẫu định hình dịng chảy Mẫu ĐHDC lựa chọn có khả tạo dịng chảy hình số “8” ổn định, hoạt động dải lưu lượng rộng (100-500 L/h), chế tạo đơn giản Hình 3.2 Mẫu ĐHDC chọn Hình 3.3 Hệ thống mẫu ĐHDC 3.2.4 Lựa chọn vật liệu chế tạo mẫu định hình dịng chảy Sau thời gian vận hành, bề mặt mẫu ĐHDC chế tạo từ vật liệu UHPC mịn, nhẵn, khơng có vết nứt, có khả chịu đựng tốt với khí hậu ngồi trời Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn vật liệu UHPC để chế tạo 3.2.5 Chế tạo mẫu định hình dịng chảy UHPC Tỷ lệ % phối trộn phù hợp vật liệu để chế tạo mẫu ĐHDC 12 xác định sau: Bê tông CLSC : Nước : Bột màu 81,5% : 16,3% : 2,2% 3.2.6 Sản phẩm mẫu định hình dòng chảy Sản phẩm mẫu ĐHDC đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, bề mặt sản phẩm có độ bóng, nhẵn thuận lợi cho dòng nước chảy qua, tạo dòng chảy ổn định có hình số “8” lặp lại nhiều lần Hình 3.6 Sản phẩm mẫu định hình dịng chảy 3.2.7 Nhận xét mẫu định hình dịng chảy Mẫu ĐHDC UHPC tạo hình thái dịng chảy số “8”, có độ bền cao, trì bề mặt trơn nhẵn điều kiện vận hành ngồi trời Hình dáng mẫu ĐHDC có tính thẩm mỹ 3.3 Nghiên cứu khả bổ cập ơ-xy từ khơng khí vào nước hệ thống định hình dịng chảy 3.3.1 Mục đích nghiên cứu Xác định số bậc lưu lượng tối ưu hệ thống ĐHDC 3.3.2 Mơ hình thực nghiệm, chế độ vận hành a Mơ hình thực nghiệm Hệ thống ĐHDC gồm 11 mẫu ĐHDC, kích thước L x B x H = 400 x 400 x 140 mm, lưu lượng hoạt động mẫu ĐHDC từ 100 ÷ 400 L/h Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống mẫu ĐHDC thực tế b Chế độ vận hành Mơ hình vận hành lưu lượng: Q1 = 100 L/h; Q2 =150 L/h; Q3 = 200 L/h; Q4 = 250 L/h; Q5 = 300 L/h; Q6 = 350 L/h; Q7 = 400 L/h 3.3.3 Xác định nồng độ ơ-xy hịa tan theo mức lưu lượng a Thời gian vận hành mơ hình Thời gian vận hành mơ hình: từ ngày 28/03 đến ngày 02/05/2019 b Tần suất đo, cách đo Tại mức lưu lượng, thực đo lần/3 ngày vào 9h sáng; Phương pháp đo DO: đặt đầu đo vị trí khơng xuất bọt khí đảm 13 bảo màng điện cực cảm biến nhiệt độ ngập hoàn toàn nước, 3.4 Đánh giá tác động hệ thống ĐHDC điều kiện vận hành BLTC đến phân bố DO dọc theo BLTC hiệu xử lý chất gây nhiễm 3.4.1 Mục đích nghiên cứu Đánh giá mức độ cải thiện DO BLTC qua hệ thống ĐHDC; So sánh hiệu xử lý GĐ1, GĐ2; Xác định hệ số tốc độ xử lý chất ô nhiễm 3.4.2 Lựa chọn đối tượng địa điểm nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH Hồ nhỏ Kim Liên tiếp nhận NTSH 30 hộ dân sống xung quanh Diện tích hồ khoảng 3.000 m2, chiều sâu mực nước 1.0 ÷ 1.2 m, thể tích nước 3.000 ÷ 3.600 m3 3.4.3 Thiết kế mơ hình thử nghiệm thực tế Bảng 3.5 Tổng hợp thơng số tính tốn thiết kế mơ hình thực tế Thơng số tính tốn Ký hiệu Bãi lọc trồng dịng chảy ngầm Diện tích bề mặt bãi lọc As Chiều dài, rộng bãi lọc LxB Chiều cao xây dựng bãi lọc Hxd Chiều sâu lớp nước h Chiều cao lớp VLL hvll Kích thước VLL Dvll Độ rỗng VLL n Độ dẫn thủy lực kf Độ dốc thủy lực dH/ds Hệ thống ĐHDC Chiều dài x cao hệ thống LĐHDC x ĐHDC HĐHDC Số bậc làm thoáng n Mẫu ĐHDC:DàixRộngxCao LxBxH Lưu lượng QĐHDC Đơn vị Giá trị Chú thích m2 m m m m mm % m/ngày % 5,76 4,8 x 1,2 0,8 0,60 0,65 10 x 20 42 2000 Bê tông, gạch mm 2.890 x 1.630 bậc mm L/h 400x400x140 200 Đá xây dựng Đo đạc Chọn theo [129] Chọn theo [129] 3.4.4 Xây dựng, lắp đặt mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm trường gồm hệ thống ĐHDC, BLTC thiết bị xây dựng lắp đặt thời gian từ 15/07 đến 30/09/2019 BLTC xây dựng mặt đất với đáy bê tông, tường gạch, láng xi-măng chống thấm trồng thủy trúc 3.4.5 Kế hoạch thực nghiệm a Các chế độ vận hành mơ hình thực nghiệm 14 Hình 3.18 Các chế độ vận hành mơ hình b Sơ đồ vận hành mơ hình thực nghiệm * Giai đoạn 1: Vận hành BLTC không kết hợp hệ thống ĐHDC Hình 3.19 Sơ đồ vận hành giai đoạn - không kết hợp hệ thống ĐHDC * Giai đoạn 2: vận hành BLTC kết hợp hệ thống ĐHDC Hình 3.20 Sơ đồ vận hành giai đoạn - kết hợp hệ thống ĐHDC c Kế hoạch lấy mẫu Mơ hình vận hành thời gian 21 ngày Mẫu nước lấy 9÷10h sáng ngày thứ 15, 17, 19 21 kể từ bắt đầu vận hành mơ hình 3.5 Phương pháp lấy mẫu phân tích 3.5.1 Phương pháp lấy mẫu trường Phương pháp lấy mẫu trường: lấy mẫu nước hồ theo TCVN 5994-1995; lấy mẫu nước thải theo TCVN 5999:1995; Bảo quản mẫu nước theo TCVN 6663-3:2008 15 3.5.2 Phương pháp phân tích tiêu Phương pháp phân tích: pH, DO, nhiệt độ đo nhanh trường; BOD5 theo TCVN TCVN 6001-1:2008; TSS theo TCVN 6625:2000; TN theo TCVN 6638:2000; NH4+-N theo TCVN 61791:1996; NO3 N theo SMEWW 4500 NO3- E:2012; Độ kiềm theo TCVN 6636 -1:2000; PO43 P theo TCVN 6202: 2008 3.6 Phương pháp xác định hệ số tốc độ xử lý chất ô nhiễm 3.6.1 Mơ hình Kadlec Knight Phương trình (2.16) viết thành: 𝐶! − 𝐶 ∗ = (𝐶#à% − 𝐶 ∗ )𝑒 &'! )/+,Trong đó: Cx nồng độ chất nhiễm đo vị trí lấy mẫu Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để xây dựng phương trình hồi quy, phương trình có dạng: 𝑦 = 𝑌 𝑒 &.! Trong đó: y = 𝐶! − 𝐶 ∗ , mg/L; Y = 𝐶#à% − 𝐶 ∗ , mg/L Đối với tiêu BOD5, C* xác định theo hướng dẫn TCVN 7957:2008: C* = 3,5 + 0,053.Cvào ; Đối với thông số NH4+-N, TN, PO43 P TSS, C* chọn tương ứng 1,5; 1,5; 0; mg/L [84] 3.6.2 Mơ hình Reed S.C cộng Q trình xử lý BOD5, NH4+-N, TN biểu diễn phương trình (2.23) Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để xây dựng phương trình hồi quy, phương trình (2.23) có dạng: 𝑦 = 𝑌 𝑒 &'! Trong đó: y - nồng độ chất nhiễm vị trí quan sát, mg/L; Y - nồng độ chất ô nhiễm đầu vào BLTC, mg/L; k : Hệ số tốc độ xử lý chất ô nhiễm, ngày-1; x : Thời gian lưu nước, ngày CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đánh giá khả bổ cập ô-xy từ không khí vào nước 4.1.1 Sự biến thiên DO qua bậc hệ thống ĐHDC Hình 4.1 Diễn biến DO qua Hình 4.2 Giá trị DO bậc thứ 16 bậc ĐHDC theo mức lưu lượng theo mức lưu lượng 4.1.2 Kết luận thí nghiệm Dịng chảy hình số “8” hình thành phụ thuộc vào lưu lượng Hiệu làm thoáng ổn định mức lưu lượng 150 ÷ 350 L/h đạt giá trị lớn lưu lượg Q = 200 L/h Số bậc ĐHDC tối ưu từ - bậc Tại Q=200 L/h, hệ thống ĐHDC với bậc giúp giá trị DO tăng từ 0,1 đến 5,6 mg/L 4.2 Vận hành mơ hình BLTC hệ thống ĐHDC 4.2.1 Hiệu suất xử lý mơ hình GĐ1-BLTC khơng kết hợp hệ thống ĐHDC Hình 4.3 Diễn biến tiêu chất lượng nước theo chiều dài bãi lọc GĐ1 pH nước thải theo chiều dài BLTC thay đổi mức HLR1, HLR2, HLR3 tương ứng 0,031, 0,063, 0,125 m3/m2.ngày, giá trị pH đạt 6,8÷8,1 Độ kiềm có xu hướng giảm nhẹ từ 197,2 xuống 171,3 mg CaCO3/L mức HLR; DO không thay đổi dọc theo chiều dài bãi lọc đợt thí nghiệm, giá trị đạt 0,1±0,1 mg/L; Giá trị BOD5 đầu vào từ 74,4÷77,0 mg/L, HSXL đạt 76,9; 62,8; 62,8% tương ứng mức HLR1, HLR2, HLR3 Hàm lượng NH4+-N đầu vào có giá trị từ 26,4÷27,4 mg/L HSXL NH4+-N đạt 62,7%;54,2%;28% tương ứng mức HLR1, HLR2, HLR3; NO3 N ba mức HLR ln mức thấp (