Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng của 4 loại thực vật (cỏ lác, cỏ chỉ tía, cỏ lá soài, cỏ đầu tròn) trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo trên mái (Wetland Roof) xử lý nước thải sau bể tự h

TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ, dinh dưỡng của 4 loại thực vật Cỏ lác, Cỏ Chỉ Tía, Cỏ Lá Soài, Cỏ Đầu Tròn trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo trên mái w

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : Công nghệ Môi Trường Mã số ngành: 608506

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh – 7/2015

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Xuân Thành, TS Đinh Quốc Túc

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường đại học Bách Khoa,ĐHQG Tp.HCM ngày 06 tháng 07 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn bào gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5 Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHDCND Lào

I TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ, dinh dưỡng

của 4 loại thực vật (Cỏ lác, Cỏ Chỉ Tía, Cỏ Lá Soài, Cỏ Đầu Tròn ) trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo trên mái (wetland roof) xử lý nước thải sau bể tự hoại”

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu khả năng thích nghi cũng như hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của 4 loại thực vật trên WRs ứng với 3 tải trọng thủy lực khác nhau

- Đánh giá khả năng tái sử dụng của nước thải sau xử lý bằng hệ thống đất ngập nước trên mái (WRs) bằng cách so sánh các chỉ tiêu nghiên cứu với các tiêu chuẩn trên thế giới như Jordan (2003), Twea, Gaza (2002)

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/11/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Bùi Xuân Thành, TS Đinh Quốc Túc

nghiệm khoa Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý báu giúp tôi hoàn thành chương trình học của mình

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Bùi Xuân Thành, TS Đinh Quốc Túc và Ths Võ Thị Diệu Hiền đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các bạn cùng lớp Cao học Công nghệ Môi trường K2012 và các bạn sinh viên Khoa Môi trường K2011 đã nhiệt tình giúp đỡ và có những đóng góp lớn trong quá trình thực hiện thí nghiệm

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin chia sẻ niềm vinh dự này cùng gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua

SOUKSAKHONE SAYALATH

vật tự nhiên trên mô hình đất ngập nước dạng mái bằng tại các tải trọng hữu cơ khác nhau, chọn ra tải trọng thủy lực và loại thực vật tối ưu với điều kiện vận hành mô hình, bên cạnh đó khảo sát thông số động học của mô hình Bước đầu tính toán khả năng hấp thụ và phát thải khí CO2 của 4 thực vật trên mô hình dựa trên khả năng phủ xanh Thực hiện tính toán khả năng tiết kiệm năng lượng của mô hình

Ở điều kiện khí hậu Việt Nam, mô hình WR có các thực vật nghiên cứu (Cỏ Lác, Cỏ Chỉ Tía, Cỏ Lá Soài và Cỏ Đầu Tròn) đều có khả năng hỗ trợ xử lý nước thải hoạt

Hệ thống WR dạng mái bằng dòng chảy ngầm hướng ngang với thực vật cỏ Đầu Tròn có thể xử lý nước thải sinh hoạt tốt nhất ở HLR 393 ± 13 m3/ha.ngày (57 ± 28 kgCOD/ha.ngày) với thời gian lưu nước 23 ± 1 giờ Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu như COD là 72 ± 16 % hay 43 ± 27 kgCOD/ha.ngày; TN là 67 ± 13 % hay 12 ± 3 kg/ha.ngày và TP là 79 ± 12% hay 0.5 ± 0.2 kg/ha.ngày Chất lượng nước sau xử lý đáp ứng QCVN 14 : 2008/BTNMT và các tiêu chuẩn tái sử dụng nước của một số quốc gia trên thế giới

Với điều kiện môi trường WR, ở HLR2 (393 ± 13 m3/ha.ngày), cỏ Đầu Tròn có tỷ lệ nitơ hấp thụ nitơ và photpho cao nhất trong hệ thống mô hình, so với tổng nitơ đi vào mô hình là 11.2 % và đối với photpho là 20.60% so với tổng photpho đi vào mô hình

Hằng số tốc độ khử bậc một dựa theo diện tích (k) của WR đối với COD dao động 0.016 - 0.025 m/ngày, TKN dao động 0.008 - 0.016 m/ngày, TP là dao động 0.009-0.021 m/ngày Các nồng độ nền (C*) đối với COD, TKN và TP lần lựợt là 10 mg/L, 1.5 mg/L và 0 mg/L

Tốc độ hấp thu CO2 của thực vật trên WRs gấp khoảng từ 10 – 25 lần so với tốc dộ phát thải CO2 Tốc độ hấp thụ CO2 của WRs dao động từ 0.003 ÷ 0.023 mg/m2.phút Trong đó WR4 có tốc độ hấp thụ cao nhất với 0.023 mg/m2.phút

và trung bình một năm có thể giảm 2021760 VNĐ chi phí điện (với giá điện 1300VNĐ/kW)

Sự gia tăng sinh khối của thực vật tương ứng với khả năng tích lũy nitơ và photpho Mô hình có tốc độ gia tăng sinh khối cao nhất là WR4 (cỏ Đầu Tròn) với 141 g/ngày đối với trọng lượng tươi và đối với trọng lượng khô là 36 g/ngày ở HLR3 (502 ± 9 m3/ha.ngày) Tương tự đối với tính toán mảng xanh thực vât, WR4 có diện tích mảng xanh lớn nhất với 99 m2 sau HLR2

types of plants in wetland roof at different organic loads Research on wastewater treatment efficiency of the chosen plant at four hydraulic loading rates (HLR) To propose a optimal loading and survey first-order area-based removal rate constants of wetland roof Initially calculated absorption and emission of CO2 on four types of plants on models based on the ability of greening Calculations of energy saving capabilities of the WRs In Viet Nam climatic conditions, WR models with the

plants of this research (Javanese flatsedge, Crowsfoot grass, Yerba de faja and

Shortleaf Spikesedge) had the ability to support wastewater treatment

WR system with flat roof, horizontal subsurface flow and Shortleaf Spikesedge

grass was the best of four types of plants in HLR 393 ± 13 m3 / ha.day (57 ± 28 kgCOD / ha.day) with hydraulic retention time is 23 ± 1 hour Treatment efficiency of indicators such as COD was 72 ± 16% or ± 27 kgCOD/ha.day; TN is 67 ± 13% and 12 ± 3 kgTN/ha.day and TP is 79 ± 12% or ± 0.5 0.2 kgTP/ha.day The quality of treated water meets QCVN 14: 2008 / BTNMT and water reuse standards of some countries in the world

For the WR conditions, in HLR2 (393 ± 13 m3/ha.day), the ratio of nitrogen and

phosphorus of Shortleaf Spikesedge grass was the highest in the WRs, the ratio of

uptaked nitrogen and total nitrogen of inlet wastewater is 11.2 % and the ratio of uptaked phosphorus is 20.60% Constant speed reduction based on a level area (k) of the WR for COD ranged 0016-0025 m/day, TKN ranged 0008-0016 m/day, TP ranged 0009-0021 m/day The background concentration (C *) for COD, TKN and TP respectively 10 mg/L, 1.5 mg/L and 0 mg/L

The rate of absorption of CO2 of four types of plant from WRS approximately 10 - 25 times as much as the rate of CO2 emissions CO2 absorption rate of WRS ranged from 0.003 - 0.023 mg / m2.min In that WR4 was the highest absorption rate model with 0.023 mg / m2.min

electricity (electricity prices 1300VND/kW) The increase in the biomass of the plants corresponds to the ability of uptaked

nitrogen and phosphorus WR4 was the highest biomass (Shortleaf Spikesedge

grass) with 141g/day of fresh weight and 36 g/day of dry weight at HLR3 (502 ± 9 m3/ ha.day ) Similar to calculate vegetation greenery area, WR4 had the largest green area with 99 m2 at the end of HLR2

LỜI CAM ĐOAN

Nước CHDCND Lào

TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ, dinh dưỡng của 4 loại thực vật (Cỏ lác, Cỏ Chỉ Tía, Cỏ Lá Soài, Cỏ Đầu Tròn ) trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo trên mái (wetland roof) xử lý nước thải sau bể tự hoại”

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Bùi Xuân Thành, TS Đinh Quốc Túc Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi Những kết quả và số liệu trong luận văn chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này

Tôi xin cam đoan rằng, tất cả các số liệu, kết quả nêu trong Luận án này trung thực và chưa ai khác công bố trong bất kì công trình nào khác

Tp HCM, ngày 07 tháng 07 năm 2015

SOUKSAKHONE SAYALATH

1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.2 Nội dung của đề tài 2

1.3 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 2

1.4 MÔ HÌNH THỰC HIỆN 3

1.5 PHẠM VI – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 3

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

2.1.3 Thành phần, cấu tạo và cơ chế xử lý 5

2.1.4 Ưu và nhược điểm của CW 9

2.1.5 Các điều kiện vận hành khu đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm 10

2.1.6 Một số nghiên cứu ứng dụng đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải sinh hoạt 11

2.2 TỔNG QUAN VỀ MÁI NHÀ XANH (GR) 14

2.2.1 Giới thiệu 14

2.2.2 Cấu trúc và phân loại mái nhà xanh 14

2.2.3 Nguyên tắc thiết kế GR 16

2.2.6 Ưu điểm của mái nhà xanh 17

2.2.7 Khả năng hấp thu và phát thải CO2 của hệ thống mái nhà xanh 18

CHƯƠNG 3 19

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1 VẬT LIỆU VÀ MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM 19

3.2 NƯỚC THẢI THÍ NGHIỆM 22

3.3 THỰC VẬT 23

3.4 SƠ ĐỒ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT 26

3.5 ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH CỦA MÔ HÌNH 27

3.6.5 Đo đạc hấp thụ và phát thải CO2 31

3.6.6 Tính toán tiết kiệm năng lượng 33

3.6.7 Phương pháp khác 35

CHƯƠNG 4 36

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG THÍCH NGHI VÀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA BỐN LOẠI THỰC VẬT CHỌN RA LOẠI THỰC VẬT THÍCH HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH WRs VÀ TẢI TRỌNG THỦY LỰC THÍCH HỢP NHẤT 36

4.1.1 Khảo sát khả năng thích nghi của 4 loại thực vật 36

4.1.2 Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của thực vật 37

4.2 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ GIA TĂNG SINH KHỐI 50

4.3 CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CHẤT DINH DƯỠNG 51

4.4 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH MẢNG XANH VÀ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ TÍNH TOÁN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 54

4.4.1 Tính toán diện tích mảng xanh 54

4.4.2 Đo đạc nhiệt độ để đánh giá khả năng tiết kiệm năng lượng khi áp dụng mô hình WR 58

BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường

FWS Free Water Surface Wetland (Đất ngập nước có dòng chảy mặt)

VSF Vertical Subsurface Flow (dòng chảy ngầm theo phương đứng)

WRs Wetland Roof systems (Hệ thống mô hình đất ngập nước trên mái) ĐNNKT Đất ngập nước kiến tạo

TKN Tổng nito kjeldanh TN Tổng nito

TP Tổng photpho TWEA Tiêu chuẩn tái sử dụng nước cho tưới cây, rửa đường GAZA Tiêu chuẩn tái sử dụng nước cho tái tạo cảnh quan CITAI Tiêu chuẩn tái sử dụng nước cho tưới tiêu

Hình 2.1 Tổng quan về đất ngập nước kiến tạo 4

Hình 2.2 Giới thiệu đất ngập nước dòng chảy mặt 5

Hình 2.3 Giới thiệu đất ngập nước dòng chảy ngầm theo phương ngang 7

Hình 2.4 Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt ở làng SOS Triana, Albania 12

Hình 3.5 Sơ đồ nội dung nghiên cứu tổng quát 26

Hình 3.6 Thiết lập khoảng cách hình ảnh so với thực tế trên phần mềm ImageJ 30

Hình 3.7 Chọn diện tích cần xác định bằng phần mềm ImageJ 30

Hình 3.8 Khoanh vùng diện tích cần xác định bằng phần mềm ImageJ 31

Hình 3.9 Xác định vị trí thực hiện đo CO2 31

Hình 3.10 sơ đồ vị trí đo nhiệt độ tại mô hình 33

Hình 4.1 Mô hình WR ngày thứ 2 sau khi trồng thực vật 36

Hình 4.2 Thực vật của hệ thống WRs ngày thứ 61 37

Hình 4.3 Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD của 4 mô hình WR ở 3 HLR 38

Hình 4.4 Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý TN của 4 mô hình WR ở 3 HLR 40

Hình 4.5 Thực vật của WRs ngày thứ 303 43

Hình 4.11 Thực vật của hệ thống WRs ngày thứ 220 (sau HLR2) 54

Hình 4.12 biểu đồ kết quả tổng diện tích mảng xanh trên từng mô hình WR 55

Hình 4.13 Bản đồ lớp phủ TPHCM – 2010 (Trung tâm Công nghệ thông tin địa lý DITAGIS) 56

Hình 4.14 Tỉ lệ diện tích mái nhà trên tổng diên tích TPHCM 56

Hình 4.15 Diện tích mái bằng phổ biến tại Tp.HCM 57

Bảng 2.1 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong FWS 6

Bảng 2.2 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong SF 8

Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của CW 9

Bảng 3.1 Thông số thiết kế của mô hình 21

Bảng 3.2 Trọng lượng các lớp vật liệu trong mô hình thí nghiệm 22

Bảng 3.3 Thành phần và tính chất của nước thải làm thí nghiệm 22

Bảng 3.4 Đặc điểm của thực vật thí nghiệm 23

Bảng 3.5 Tổng hợp điều kiện vận hành 27

Bảng 3.6 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước 35

Bảng 4.1 Tổng hợp hiệu quả xử lý nước thải của WR4 ở HLR2 (393 ± 13 m3/ha.ngày) và so sánh với với các tiêu chuẩn tái sử dụng nước 48

Bảng 4.2 So sánh hiệu quả xử lý của WR4 với các nghiên cứu trước 49

Bảng 4.3 Cân bằng nitơ của hệ thống WR ở 2 tải trọng thủy lực HLR1 và HLR2 52

Bảng 4.4 Cân bằng photpho ở 2 tải trọng thủy lực HLR1 và HLR2 53

Bảng 4.5 Kết quả diện tích mảng xanh đo được 55

Bảng 4.6 Kết quả tính toán diện tích mái nhà xanh khi ứng dụng mô hình WR 57

Bảng 4.7 Kết quả đo đạc nhiệt độ khi áp dụng WR 58

Bảng 4.8 Kết quả tính toán năng lượng tiết kiệm khi sử dụng WR 60

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm nguồn nước đang là mối quan tâm rất lớn ở nước ta Theo báo cáo của Viện chiến lược chính sách tài nguyên và môi trường, mỗi năm ước tính có khoảng 2 tỷ m3 nước thải ra môi trường, trong đó nước thải sinh hoạt chiếm hơn 60%, nước thải công nghiệp chiếm hơn 30% Phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô thị và nông thôn đều chưa được xử lý đúng cách Nước thải từ các khu nhà vệ sinh mới chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu để thải ra môi trường, là nguyên nhân gây ô nhiễm, lây lan bệnh tật Đó là chưa kể nước thải sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt, (nước xám) thường không được xử lý qua bể tự hoại, góp phần làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng

Trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam, khi phần lớn các dự án thoát nước và xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, và nếu có thì cũng mới chỉ hướng tới giải quyết vấn đề thoát nước mưa và khắc phục tình trạng ngập úng, và còn rất khó có kinh phí để duy trì vận hành, bảo dưỡng hệ thống đó, thì việc nghiên cứu làm sạch nước thải tại chỗ cho các hộ gia đình hay các cụm dân cư, bằng các công nghệ phù hợp, vừa đơn giản, tiết kiệm diện tích, có chi phí xây dựng và vận hành thấp, vừa đảm bảo vệ sinh môi trường là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi

Đất ngập nước kiến tạo gần đây được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần làm tăng giá trị đa dạng sinh học Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý từ đất ngập nước kiến tạo có giá trị kinh tế Tuy nhiên, hệ thống tốn khá nhiều diện tích đất Đây cũng là mặt hạn chế của phương pháp xử lý này

Đề tài nghiên cứu“Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ, dinh dưỡng

của 4 loại thực vật (Cỏ lác, Cỏ Chỉ Tía, Cỏ Lá Soài, Cỏ Đầu Tròn ) trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo trên mái (wetland roof) xử lý nước thải sau bể tự

hoại” được thực hiện nhằm mục đích tận dụng triệt để các ưu điểm của đất ngập

nước kiến tạo và khắc phục hạn chế của nó, tạo cảnh quan đẹp cho mái nhà, mang lại hiệu quả thiết thực trong tình hình biến đổi khí hậu hiện nay Đây là dạng kết hợp giữa mô hình mái nhà xanh được thiết kế theo nguyên lý của đất ngập nước để xử lý nước thải

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu của đề tài

Đề tài nghiên cứu gồm những mục tiêu chính như sau: - Khảo sát và đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của các loại thực vật

tự nhiên trên mô hình đất ngập nước dạng mái bằng (Wetland Roof - WR) tại các tải trọng hữu cơ khác nhau

- Tính toán khả năng hấp thụ và phát thải khí CO2 và khả năng tiết kiệm năng lượng của mô hình

1.2.2 Nội dung của đề tài

Đề tài tập trung vào các nội dung sau đây: - Nghiên cứu khả năng thích nghi cũng như hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt

của 4 loại thực vật trên WRs ứng với 3 tải trọng thủy lực khác nhau - Đánh giá khả năng tái sử dụng của nước thải sau xử lý bằng hệ thống đất

ngập nước trên mái (WRs) bằng cách so sánh các chỉ tiêu nghiên cứu với các tiêu chuẩn trên thế giới như Jordan (2003),Twea, Gaza (2002)

1.3 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, tại Việt Nam, các công trình nghiên cứu về đất ngập nước và mái nhà xanh chỉ ở giai đoạn bước đầu, còn rất hạn chế về số lượng, các khả năng ứng dụng và áp dụng vào thực tế Chính vì vậy, việc lựa chọn hướng nghiên cứu của đề tài là mới và cần thiết Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình đất ngập nước trên mái nhà, đặc biệt là mái bằng chưa được thực hiện tại Việt Nam Loại hình mô hình này còn khá mới và có một số lượng không nhỏ mái nhà dạng bằng trong các công trình kiến trúc phổ biến ở Việt Nam, do đó khả năng ứng dụng là rất cao

Trong công trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên đề xuất các loại thực vật mới và tiến hành tính toán đo đạc các khả năng mới của mái nhà xanh như tiềm năng giảm phát thải CO2 trong không khí xung quanh và tiết kiệm năng lượng

1.4 MÔ HÌNH THỰC HIỆN

Mô hình đất ngập nước dạng mái có dòng chảy ngầm (SF) Mô hình SF có nhiều ưu điểm hơn loại đất ngập nước có dạng chảy mặt (FWS) Nếu mặt nước được duy trì dưới bề mặt lớp vật liệu có ít rủi ro về mùi hoặc sinh vật truyền nhiễm Bên cạnh đó, người ta tin rằng lớp vật liệu cung cấp vùng bề mặt sẵn có dành cho xử lý lớn hơn ý tưởng FWS vì chức năng xử lý có thể nhanh hơn so với kiểu SF Do đó, SF có thể nhỏ hơn so với FWS được thiết kế cho các điều kiện nước thải giống nhau Mô hình nghiên cứu trong đề tài này bao gồm 04 đơn nguyên được thiết kế theo kiểu SF Mô hình này sử dụng nhiều loại thực vật khác nhau nhằm đánh giá khả năng thích nghi cũng như hiệu quả xử lý của chúng đối với nước thải sinh hoạt ở các chế độ vận hành khác nhau

1.5 PHẠM VI – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Thực nghiệm được tiến hành trên quy mô thực đặt tại khuôn viên sân trường, nằm trong khu đất trống cạnh căn tin C6, trường Đại học Bách Khoa (ĐHBK) Tp.HCM

- Nước thử nghiệm là nguồn nước thải sinh hoạt lấy từ bể tập trung nước thải sinh hoạt tại Căn tin C6, trường ĐHBK Tp.HCM

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thiết kế mô hình - Tiến hành thực nghiệm trên mô hình - Phân tích các chỉ tiêu

- Thống kê số liệu bằng phần mền Excel và SPSS - Phân tích, nhận xét, đánh giá các kết quả thực nghiệm - Tổng hợp, viết báo cáo, báo cáo luận văn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO (CW) 2.1.1 Tổng quan

CW được thiết kế tận dụng các tiến trình tự nhiên liên quan đến đất, cộng đồng vi sinh vật và thực vật đất ngập nước thông qua các quá trình vật lí, hóa học và sinh học để loại bỏ các chất bẩn trong nước thải hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất ít ảnh hưởng tới sức khỏe con người và môi trường Chúng được thiết kế tối ưu hóa các ưu điểm của nhiều quá trình giống như diễn ra trong các đất ngập nước tự nhiên nhưng môi trường có thể kiểm soát được

CW cho xử lý nước thải được cải tiến một cách hiệu quả, chi phí thấp và tương đối ổn định so với các công nghệ xử lý nước thải truyền thống Nhiều nghiên cứu về khả năng của ĐNN trong xử lý nước thải được thực hiện trong suốt vài thập kỷ gần đây đã cung cấp một lượng thông tin đáng kể được sử dụng để cải tiến hiệu quả xử lý Một CW vận hành thích hợp sẽ cho hiệu quả đầu ra với BOD < 30mg/l, TSS < 25 mg/l, tổng Feacal Coliform < 10000 CFU/100ml

2.1.3 Thành phần, cấu tạo và cơ chế xử lý 2.1.3.1 Hệ thống dòng chảy mặt (FWS)

Cấu tạo của FWS điển hình gồm có thực vật bao phủ hơn 50% bề mặt, lớp vật liệu nền để rễ cây có thể bám trụ, phát triển dày 20 – 30cm và chiều sâu lớp nước 20 – 40 cm [21] Mực nước vận hành phổ biến nhất là 0.3m Dưới đáy được thiết kế lớp chống thấm nhằm hạn chế sự rò rỉ, thất thoát nước Dòng nước thải sẽ được cho chảy ngang qua lớp vật liệu lọc Hình dạng của FWS thường là kênh dài và hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc Loại thực vật trồng có 3

dạng: sống trôi nổi, có thân nhô lên mặt nước, sống chìm

Hình 2.2 Giới thiệu đất ngập nước dòng chảy mặt

FWS có hiệu quả trong việc loại chất hữu cơ thông qua quá trình phân huỷ sinh học và lắng của các chất keo Chất rắn lơ lửng được loại bỏ thông qua cơ chế lắng và lọc xuyên qua lớp thực vật dày đặc Nitơ bị loại chủ yếu bởi quá trình nitrat hoá (trong nước) tiếp đó là quá trình khử nitrat (trong lớp vật liệu) và sự bốc hơi của ammonia ở điều kiện pH cao gây ra bởi quá trình quang hợp của tảo Sự lưu giữ lại photpho thường thấp vì nước bị giới hạn tiếp xúc với lớp vật liệu hấp thụ và/hoặc kết tủa photpho Sự hấp thu của thực vật chỉ tạm thời vì các dưỡng chất sẽ được đưa vào nước sau khi thực vật phân hủy

Bảng 2.1 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong FWS

Thông số nước thải Cơ chế vật lý Cơ chế hóa

học

Cơ chế sinh học

Kim loại nặng (Ag, As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn, Zn)

Trao đổi ion Hấp thu

VSV hấp thụ Thực vật hấp thụ

Thực vật hấp thụ

Hydrocacbon tổng hợp (PAHs, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ)

Lắng đọng Bay hơi

Hấp thu Bức xạ UV

VSV phân hủy Thực vật hấp thụ

Hợp chất Nitơ (N hữu cơ, NH3, NH4 +, NO3-, NO2- )

(ammonia) Hấp thu

VSV hấp thụ và chuyển hóa Thực vật hấp thụ

Kết tủa

VSV hấp thụ Thực vật hấp thụ

Nguồn gây bệnh (bacteria, virus, protozoa, helminths)

Các thành phần hữu cơ bị phân huỷ chủ yếu bởi vi sinh dưới điều kiện thiếu khí/kị khí khi nồng độ oxy hoà tan trong lớp lọc bị giới hạn Chất rắn lơ lửng được giữ lại do quá trình lọc, lắng và thường đạt hiệu quả rất cao

Hệ thống dòng chảy ngầm theo phương ngang (HSF)

Nước thải được đưa vào và chảy chậm qua tầng lọc xốp dưới bề mặt của nền trên một đường ngang cho tới khi nó tới được nơi dòng chảy ra Trong suốt thời gian này, nước thải sẽ tiếp xúc với một mạng lưới hoạt động của các đới hiếu khí, hiếm khí và kị khí Các đới hiếu khí ở xung quanh rễ và bầu rễ, nơi lọc O2 vào trong bề mặt Khi nước thải chảy qua đới rễ, nó được làm sạch bởi sự phân hủy sinh học của vi sinh vật bởi các quá trình hóa sinh

Hình 2.3 Giới thiệu đất ngập nước dòng chảy ngầm theo phương ngang

Cơ chế chính loại bỏ nitơ trong HSF là quá trình khử nitrat Việc loại ammonia bị hạn chế do thiếu oxy trong lớp vật liệu lọc khi điều kiện ngập nước thường xuyên Photpho bị loại chủ yếu bởi các phản ứng trao đổi, photphat thay thế nước hoặc gốc hydroxyl từ bề mặt của các oxit sắt và nhôm Nếu không sử dụng các loại vật liệu

đặc biệt thì việc loại photpho thường diễn ra thấp trong HSF

Vai trò chính của thực vật trong HSF là cung cấp cơ chất (rễ và thân rễ) để vi khuẩn bám dính, thoát oxy (khuếch tán oxy từ rễ vào vùng rễ), hấp thu dưỡng chất và cách ly bề mặt đáy ở các vùng lạnh và ôn đới [7]

Hệ thống dòng chảy ngầm theo phương đứng (VSF)

Dòng vào

Dòng ra

Lớp đá to

Thực vật

Môi trường (sỏi, cát, đá đập nhỏ)

Thu nước dòng ra

Mực nước duy trì

Lớp không thấm

Đá lớn

Hình 2.4 Giới thiệu dòng chảy ngầm theo phương đứng

Nước thải được đưa vào hệ thống qua ống dẫn trên bề mặt Nước sẽ chảy xuống dưới theo chiều thẳng đứng Ở gần dưới đáy có ống thu nước đã xử lí để đưa ra ngoài VSF không phổ biến nhanh chóng như HSF bởi vì nhu cầu về bảo trì và vận hành của nó cao hơn do cần bơm nước thải gián đoạn lên bề mặt Oxy từ không khí khuếch tán vào lớp vật liệu tạo điều kiện thích hợp cho quá trình nitrat hoá Mặt khác, VSF không thuận lợi cho quá trình khử nitrat VSF cũng rất hiệu quả trong việc loại bỏ chất hữu cơ và SS Việc loại bỏ photpho thấp nếu không sử dụng loại vật liệu có khả năng hấp thụ cao

Bảng 2.2 Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong SF

Thông số chất lượng nước thải

Cơ chế vật lý Cơ chế hóa

học

Cơ chế sinh học

Kim loại nặng (Ag, As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn, Zn)

Trao đổi ion Hấp thu

VSV hấp thụ Thực vật hấp thụ

Ống đục lỗ Ống Nước thải định lượng liên tục trên toàn bề mặt

Cát mịn Sỏi 6 mm Sỏi 12 mm Sỏi 30 – 60 mm

Đá lớn Mạng lưới ống thoát nước

Xăng, dầu, BTEX, TPH Bay hơi Hấp thu VSV phân hủy

Thực vật hấp thụ Hydrocacbon tổng hợp

(PAHs, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ)

Lắng đọng Bay hơi

Thực vật hấp thụ

Hợp chất Nitơ (N hữu cơ, NH3, NH4 +, NO3-, NO2- )

(ammonia) Hấp thu

VSV hấp thụ và chuyển hóa Thực vật hấp thụ

Kết tủa

VSV hấp thụ Thực vật hấp thụ Nguồn gây bệnh (bacteria,

virus, protozoa, helminths)

VSV khác ăn thịt

2.1.4 Ưu và nhược điểm của CW

Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của CW

- Tồn tại một hệ sinh thái tự điều khiển (tự duy trì) hầu như không cần bộ phận điện hoặc cơ khí, không cần bổ sung hóa chất

- Xử lý nước thải không tập trung, tiết kiệm lượng lớn chi phí đầu tư vào hệ thống thoát nước

- Chi phí năng lượng và bảo dưỡng thấp - Không ồn, không mùi, ít sản sinh bùn - Giảm nước mưa chảy tràn

- Có thể tái sinh tự nhiên, dòng đời dài - Khả năng xử lý đa dạng rộng rãi như nước ao hồ, nước thải sinh hoạt và công nghiệp

- Diện tích đất yêu cầu lớn - Chúng có thể chịu được sự giảm mực nước tạm thời nhưng không thể khô hoàn toàn (lưu lượng nước tối thiểu cần phải có) Hệ thống cần có nguồn nước liên tục để xử lý

- Quá trình sinh học trong hệ thống dễ bị ảnh hưởng bởi các hóa chất độc hại như thuốc trừ sâu, amonia cao

- Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào

- Thích hợp làm cảnh quan ở một khu vực nào đó và cho một tiềm năng bảo tồn động vật hoang dã lớn (cung cấp nơi cư trú cho thực vật và động vật hoang dã)

- Thực vật như là một nguồn năng lượng biogas

- Vốn đầu tư thường thấp hơn các hệ thống xử lý truyền thống

- Cải thiện mỹ quan của không gian hở - Cung cấp những cơ hội giải trí và giáo dục

mùa (mùa khô và mùa mưa)

2.1.5 Các điều kiện vận hành khu đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm 2.1.5.1 Tải trọng thủy lực

Tải trọng thủy lực có liên quan mật thiết với thời gian tồn lưu nước (cũng như vận tốc di chuyển của nước) và tải lượng nạp BOD5 trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm Nếu tải trọng thủy lực lớn thì thời gian tồn lưu nước trong hệ thống sẽ ngắn và ngược lại Do đó, tải trọng thủy lực quá lớn thì ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống Đây là một thông số rất quan trọng và tiện lợi để so sánh các khu đất ngập nước với nhau Tải trọng thủy lực thường sử dụng cho đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nằm trong khoảng 150 ÷ 500 m3/ha.ngày Tải trọng thủy lực cho HSF dao động từ 73 ÷ 3.709 m3/ha.ngày [11]

2.1.5.2 Tải trọng hữu cơ

Sự điều chỉnh tải trọng hữu cơ vào đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm nhằm hai mục đích: chuẩn bị chất hữu cơ cho vi khuẩn tiêu thụ và điều chỉnh lượng chất hữu cơ đưa vào nhằm ngăn ngừa sự thiếu oxy, do các cây trồng không kịp đưa oxy từ khí quyển vào trong vùng rễ cây của hệ thống

Nếu lượng chất hữu cơ đưa vào quá nhiều, đặc biệt là không có sự phân phối sẽ làm cây chết và có mùi, đồng thời ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống

Đối với đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm thì tải lượng nạp BOD5 tối đa là 133 kg/ha.ngày Tuy nhiên, người ta khuyên dùng chỉ nên điều chỉnh tải lượng nạp BOD5 tối đa là 110 kg/ha.ngày và trung bình là 65 kg/ha.ngày [12]

2.1.5.3 Thời gian lưu nước

Thời gian lưu nước có quan hệ với các yếu tố như: độ dốc, chiều sâu mực nước, hình dạng, loại cây trồng, loại vật liệu lọc của hệ thống Điều khiển lưu lượng nạp nước là điều khiển yếu tố ảnh hưởng đến thời gian lưu nước trong hệ thống

Thời gian lưu nước của đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm thường nằm trong khoảng 4 ÷ 15 ngày Nếu thời gian lưu nước quá thấp thì nước thải đi qua hệ thống nhanh khiến hiệu quả xử lý giảm, trong khi thời gian lưu nước quá lâu sẽ dẫn đến tình trạng ứ đọng tạo điều kiện cho quá trình kỵ khí hoạt động

2.1.5.4 Quản lý kỹ thuật

Khi bắt đầu đưa đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm vào hoạt động cần thiết phải kiểm tra các thông số về mực nước ngầm, độ thấm nước của đất Trong giai đoạn này lưu lượng nạp nước thường nhỏ, khoảng 30÷40% lưu lương nạp nước yêu cầu, sau đó sẽ tăng dần cho đến khi cây trồng phát triển [20] Khi đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm hoạt động ổn định thì ta phải thường xuyên theo dõi lưu lượng nạp nước, tải lượng nạp BOD5, hiệu quả xử lý của hệ thống,…Ngoài ra phải kiểm tra, bảo quản hệ thống phân phối nước đầu vào, hệ thống thu gom đầu ra và có biện pháp giải quyết kịp thời cho trường hợp ngập cục bộ trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm

2.1.6 Một số nghiên cứu ứng dụng đất ngập nước kiến tạo trong xử lý nước thải sinh hoạt

Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên đã được xây dựng ở Na Uy Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này đã trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt, nhờ các bãi lọc vận hành với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và yêu cầu bảo dưỡng thấp Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng phổ biến ở Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng

cây dòng chảy ngang Bể lọc sinh học hiếu khí trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD5và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện khí hậu lạnh, nơi thực vật "ngủ" vào mùa đông

Bộ môn Kỹ thuật môi trường – Khoa Kỹ thuật dân dụng của trường đại học Polytechic của Tiranađã thực hiện dự án xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng ĐNNKT có công suất 16.8 m3/ngày tại làng trẻ em SOS ởTirana, Albania Công trình đi vào hoạt động vào tháng 1/2010 Nước thải sinh hoạt được dẫn qua bể lắng trước khi qua 2 công trình đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng (165m2) đặt song song nhau Sau đó, nước thải tiếp tục đi qua 1 công trình đất ngập nước dòng chảy ngang (220m2) Nước sau xử lý được trữ lại trong bể dành cho mục đích tưới tiêu Các chỉ tiêu nước thải đầu vào và đầu ra đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế WHO

Hình 2.5 Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt ở làng SOS Triana, Albania Lacina Coulibaly và cộng sự [17] đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt

trên mô hình pilot CW trồng Amaranthus hybridus Hệ thống phản ứng bao gồm

ngăn hình chữ nhật bằng xi măng có kích thước dài 1.75m, rộng 0.75m và cao 0.45m Mỗi ngăn được thiết kế các lớp từ dưới lên với 0.1m sỏi (15/25 mm) và 0.3 m cát trắng lấy từ hồ Ebrié Độ dốc đáy là 1%, ống thu nước bằng PVC đường kính 32mm và ống phân phối đường kính 8mm, dài 1.7m với 60 lỗ Hai ngăn được trồng

với A hybridus (mật độ cao 40 cây/m2 và mật độ thấp 10 cây/m2) và một ngăn kiểm soát (không có thực vật) Giá trị pH từ 7 đến 8 Các ngăn trồng thực vật cho hiệu quả loại COD cao hơn (mật độ cao = 70% và mật độ thấp = 66%) so với ngăn kiểm soát (60%) Khả năng loại chất dinh dưỡng diễn ra tốt ở các ngăn trồng thực vật (NH4+: 69% và PO43-: 67%) còn ở ngăn kiểm soát thấp hơn (NH4+: 15% và PO43-: 56%) Tuy nhiên, quá trình oxy hóa NH4+ thành NO2- và NO3- gây ra sự tích lũy của chúng trong lớp lọc các ngăn này hơn là trong ngăn kiểm soát Việc gia tăng mật độ cây dường như không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng loại chất bẩn giữa 2 ngăn được trồng thực vật Nhưng việc gia tăng mật độ cây cho phép gia tăng khả năng loại của các ngăn Lá cây ở độ cao 0.5m ít bị nhiễm bẩn nên được khuyến cáo thu hoạch cho mục đích khác [13]

Qiong Yang và cộng sự [19] đã tiến hành nghiên cứu loại chất bẩn của nước thải

sinh hoạt bằng các hệ thống ĐNNKT có kích thước 2.0 m×1.0 m×0.7 m (L×W×D)

được trồng bởi các thực vật Typha latifolia, Canna indica Linn., Pennisetum

purpureum Schum., Phragmites communis Trin., và Vetiveria zizanioides Kết quả

cho thấy, hiệu quả xử lý COD và BOD5 khoảng 80%, TKN 75%, NH4+ 72%, TP 80%

Kanabkaew, T và Puetpaiboon [18] tiến hành nghiên cứu mô hình ĐNN rộng 0.6

m, dài 1.8 m và sâu 1.2 m được xây dựng tại hệ thống xử lý nước thải trung tâm đô thị Hatyai, miền Nam Thailand Nghiên cứu tiến hành từ ngày 6/7/2003 đến 11/9/2003

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm còn khá mới mẻ, bước đầu đang được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm Các đề tài nghiên cứu mới đây nhất về áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam” của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội); “Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì”, “Nghiên cứu sử dụng các hệ thống đất ngập

nước nhân tạo để xử lý nước thải tại làng giấy Phong Khê” của Trường Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều kiện của Việt Nam

2.2 TỔNG QUAN VỀ MÁI NHÀ XANH (GR) 2.2.1 Giới thiệu

Các GR được sử dụng cho các mục đích riêng ở các quốc gia Bắc Âu cách đây vài thế kỷ Ở Đức, công nghệ mái nhà xanh đã được bắt đầu vào những năm cuối 1970 nhằm nghiên cứu về tính đa dạng sinh học, cấu trúc mái nhà, công nghệ và chất nền góp phần phát triển các mái nhà xanh hiện đại và cách hướng dẫn thiết kế Ở Switzerland và Basel, luật pháp bắt buộc xây dựng các mái nhà xanh trên nhà mới hay các tòa nhà nâng cấp có mái bằng Do đó, ngày càng nhiều mái nhà xanh được thiết lập

Ngoài khía cạnh cải thiện chất lượng nước, đất ngập nước kiến tạo còn mang lại có nhiều lợi ích thiết thực khác khi được ứng dụng dưới dạng WR Wetland Roof là một dạng đặc biệt của mái nhà xanh có nguyên lý hoạt động như là hệ thống đất ngập nước

2.2.2 Cấu trúc và phân loại mái nhà xanh

Cấu trúc phổ biến của các mái nhà xanh bao gồm 4 lớp: vật liệu thoát nước, lưới lọc nhằm tránh thất thoát đất, đất và thực vật

Hình 2.6 Cấu trúc một mái nhà dạng đất ngập nước

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của một mái nhà dạng đát ngập nước

Các mái nhà xanh thường được chia thành 2 loại kỹ thuật chính: tập trung và mở rộng

Các mái nhà xanh tập trung được thiết lập với các lớp đất sâu, chúng có thể hỗ trợ các cây và bụi rậm lớn hơn và yêu cầu bảo dưỡng thường ở hình thức làm cỏ, bón phân và tưới nước

Các mái nhà thực vật mở rộng được thiết lập với các lớp đất mỏng Chúng được trồng với các loại cây nhỏ mà khi đến giai đoạn trưởng thành được hi vọng là sẽ bao phủ toàn bộ mái nhà thực vật Các mái nhà thực vật mở rộng thường phổ biến nhất do không cần bảo dưỡng nhưng sự bón phân thường phải có đối với các sản phẩm thương mại[16]

động)

Cấu trúc mái nhà

Hiệu quả làm mát các phòng phía

dưới Thực vật

đầm lầy Thảm thực

vật (vải dệt) Lớp chống

thấm rễ

Đầu ra (bể chứa)

- Tầm chắn rễ, trong trường hợp không kết hợp với màng Một số màng chống thấm được trang bị cùng một tấm chắn rễ, ngăn chặn lớp màng bị tổn thường

- Lớp thoát nước ngăn sự phá hoại lớp màng chống thấm bằng cách rút bớt lượng nước mưa tràn ra mái thông qua hệ thông thoát nước mái Thêm vào đó, nó còn giữ cho cây xanh không bị úng ngập và thối rữa Hệ thống thoát nước có thể bao gồm một tấm đúc sẵn hoặc một lớp sỏi

- Cơ cấu lọc giữa lớp thoát nước và tầng sinh trưởng ngăn ngừa sự cồng kềnh - Tầng sinh trưởng thoát nước tốt trong đó cây xanh sẽ phát triển Các thành phần điển hình gồm: đá mài, đất sét mở rộng, cát, đá phiến sét, phân trộn và xơ dừa

- Cây xanh của GR dạng mở rộng phải có sức chịu hạn tốt như là các loại cây mọng nước Các loại cây xanh quanh năm này yêu cầu một ít sự chăm sóc chỉ trừ khi chúng đang trong giai đoạn hình thành Các GR tập trung được sử dụng như các không gian thư giãn có thể trồng được nhiều loại cây

2.2.4 Tải trọng của GR

Tải trọng là một mối quan tâm then chốt nhất đối với một GR bất kỳ Các GR mở rộng thường nhẹ hơn các GR tập trung và yêu cầu về tải trọng thường cao hơn đối với những mái được thiết kế chỉ tuân theo các qui định về xây dựng của địa phương Các qui định xây dựng thường định rõ tải động bao gồm các yếu tố tuyết, nước, gió và các yếu tố an toàn Tải động cũng bao gồm hoạt động của con người, sự lắp đặt tạm thời như thiết bị trang trí hoặc bảo trì Tải tĩnh bao gồm trọng lượng của mái, cấu trúc mái bao gồm các lớp vật liệu lợp mái, hệ thống gia nhiệt hoặc làm mát và cơ cấu bảo vệ gió hoặc tuyết GR phải được thiết kế sao cho chịu được cả hai tải động và tĩnh

Các qui định về tải trọng sẽ thay đổi tùy theo một số yếu tố quan tâm: cấu trúc GR mới hay cũ; bề mặt phẳng hay dốc; điều kiện khí hậu địa phương như tuyết, gió, mưa; chiều sâu và thành phần của môi trường phát triển của thực vật Các hệ thống trọng lượng nhẹ có lớp chất nền khoảng 2 ÷ 6 inch (5 ÷ 15 cm) thường làm cho tải trọng tĩnh của mái tăng thêm 14 ÷ 35 lb/ft2 Trong khi đó, các GR tập trung đòi hỏi tải tĩnh khoảng 59 ÷ 199 lb/ft2

2.2.5 Thực vật của GR

Các loại thực vật mái nhà xanh có thể áp dụng phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam được tổng hợp bởi Ed Snodgras và nghiên cứu của các nhà khoa học Singapore ở các bang của Mỹ như Florida, Texac, California với độ sâu lớp đất nền 4-5 inch

2.2.6 Ưu điểm của mái nhà xanh

- Giảm lượng nước mưa đi vào hệ thống thoát nước, làm giảm rủi ro lũ lụt ở đô thị, cân bằng nước tự nhiên (duy trì 60% lượng nước thoát)

- Giảm đáng kể nhu cầu sử dụng máy điều hòa không khí để làm mát tòa nhà (tiết kiệm năng lượng); có thể giảm các ảnh hưởng do nhiệt ở đô thị

- Giảm tiếng ồn - Giảm ô nhiễm không khí

- Cung cấp nơi cư trú của động vật hoang dã và nâng cao đa dạng sinh học - Có thể thiết kế như một khu vườn (mái bằng) với không gian xanh, đẹp

đểthư giãn, giải trí sau những giờ làm việc mệt nhọc - Bù đắp những dao động nhiệt độ và làm mát trong suốt mùa hè nhờ có lớp

bảo vệ tia nắng mặt trời, sự thoát – bốc hơi nước của lớp thực vật tươi tốt trên mái nhà

- Làm tăng độ bền của mái nhà bằng cách giảm nhiệt độ và bảo vệ chống lại tác động trực tiếp của tia UV (giảm chi phí thay thế vật liệu phủ của mái nhà)

- Có thể sử dụng như là một mái nhà thực vật xử lý nước thải cho cả nước thải đô thị và công nghiệp, để tuần hoàn nước hoặc xử lý nước mưa (các lợi ích của sự thanh lọc nước tự nhiên)

- Tùy thuộc vào thời tiết địa phương, các điều kiện thực vật và nồng độ chất ô nhiễm trong không khí, trong một năm, một mái nhà có trồng thực vật với diện tích 19.8 ha có thể loại bỏ 1675 kg chất ô nhiễm không khí [14]

2.2.7 Khả năng hấp thu và phát thải CO2 của hệ thống mái nhà xanh

Các thực vật có thể cải thiện chất lượng không khí đô thị bằng cách loại bỏ các chất ô nhiễm không khí và bắt giữ các thành phần trong lá cây Vì ô nhiễm không khí hiện nay là một vấn đề môi trường lớn ở nhiều thành phố, khả năng thanh lọc không khí của thực vật đô thị đang được quan tâm rất nhiều Nhiều nghiên cứu được thựchiện để đánh giá khả năng thanh lọc không khí của thực vật đô thị và tìm thấy rằng các thực vật đô thị có thể cải thiện chất lượng không khí đáng kể

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 VẬT LIỆU VÀ MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM

Các thí nghiệm được thực hiện trên 4 mô hình có cấu tạo, kích thước và vật liệu trồng giống nhau Kích thước của mỗi mô hình (dài x rộng x cao) là 1800 mm x 600 mm x 150 mm Mỗi mô hình được chia ra làm 3 ngăn làm việc nối tiếp nhau để ngăn ngừa sự ngắn mạch dòng chảy với kích thước mỗi ngăn (dài x rộng x cao) là 1800mm x 200mm x 150mm Tổng diện tích bề mặt của 4 mô hình là 1.08 m2 Tại đầu và cuối mỗi mô hình có lắp đặt ống phân phối nước đầu vào và ống thu nước đầu ra (có khoan lỗ) với đường kính 21 mm để phục vụ cho việc lấy mẫu đi phân tích Các lớp vật liệu đáy theo thứ tự từ trên xuống dưới bao gồm: lớp cát mịn phủ bề mặt, lớp đất dày 5 mm, lớp cát dày 95 mm và lớp đá mi 20 mm Tại hai đầu mô hình, lớp đá sỏi (dày 100mm) được trải suốt chiều sâu Chiều cao mực nước thiết kế là 100 mm tính từ dưới lên Lưu lượng nước thải đầu vào được kiểm soát bởi van kim Đặt mô hình cách mặt đất 600 mm Đối với mái bằng, thiết kế độ dốc mô hình so với mặt đất là 1%

Hình 3.1 Mô phỏng mô hình thí nghiệm

Hình 3.2 Mô hình thực nghiệm

Hình 3.3 Mặt cắt đứng mô hình thiết kế

Hình 3.4 Mặt bằng mô hình WR thiết kế

Bảng 3.1 Thông số thiết kế của mô hình

Thông số thiết kế Kí hiệu Đơn vị Giá trị thiết kế

Bảng 3.2 Trọng lượng các lớp vật liệu trong mô hình thí nghiệm

Thành phần

Thể tích (m3)

Trọng lượng đơn vị (T/m3

) Khối lượng (kg)

3.2 NƯỚC THẢI THÍ NGHIỆM

Nước thải được lấy tại hố ga đặt ở bãi đất trống giữa căn tin C6 và xưởng cơ khí thuộc khuôn viên trường ĐHBK Tp.HCM, nước thải sinh hoạt ở đây chủ yếu phát sinh từ các nguồn thải như: tắm giặt, nấu nướng, chùi rửa nhà, nước thải nhà vệ sinh…Chứa thành phần chất hữu cơ: BOD, COD, SS, tổng N, P và vi vinh vật gây bệnh

Bảng 3.3 Thành phần và tính chất của nước thải làm thí nghiệm

Stt Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 14 :2008 (B)

Đặc điểm của các loại thực vật nghiên cứu được trình bày trong bảng sau

Bảng 3.4 Đặc điểm của thực vật thí nghiệm

WR1 (Udu, Lác, Lác Java) Tên thường gặp: Javanese flatsedge

Tên khoa học: Cyperus javanicus Houtt

Họ: Cyperaceae Xuất xứ: Vùng nhiệt đới Châu Phi và Châu Á Đặc điểm chính: Loại thảo dược sống dài ngày; gốc

chùm; thân lá có màu xanh lục hoặc lam; sức sống mạnh; có thể cao từ 40 đến 110 cm; lá rộng khoảng 8

WR2 (Cỏ Chỉ tía) Tên thường gặp: Goose grass, Crowsfoot grass

Tên khoa học: Eleusine indica (L.) Gaertn

Họ: Poaceae Xuất xứ: Nam Mỹ, vùng nhiệt đới Châu Á Đặc điểm chính: Gốc chùm, phân nhánh; có thể cao

từ 5 đến 60 cm; phiến lá dài khoảng 5 đến 20 cm, trên bề mặt lá có lông tơ; cụm hoa không phân nhánh, thường có từ một đến nhiều gai nằm chung một mặt phẳng, một gốc thường có từ 3 đến 5 hoa, lưỡng tính

WR3 (Cỏ Lá Soài, Nọc Soài, cốc đồng)

Tên thường gặp: Yerba de faja

Tên khoa học:Struchiumsparganophorum (L.)Kuntze

Họ: Asteraceae Xuất xứ: Phía Nam Việt Nam, Mỹ, Singapore Đặc điểm chính: Thảo dược thân thảo mọc hằng