3.2.1 Vật liệu thí nghiệm
Nƣớc thải sau bể tự hoại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên Trƣờng Đại học Cần Thơ.
Vị trí lấy mẫu: miệng hố thu nƣớc thải sau bể tự hoại.
Đặc điểm nƣớc thải: màu vàng nâu, có mùi hôi, có chứa cặn lơ lững,…
Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu nƣớc thải làm thí nghiêm
Cây Thủy trúc lấy ở khu vực đối diện Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên Trƣờng Đại học Cần Thơ.
Cây Thủy trúc đƣợc chọn từ những nơi có điều kiện ngập nƣớc, bụi đƣợc chọn làm giống là những bụi phát triển bình thƣờng, khỏe mạnh, sạch bệnh, và tƣơng đối đồng đều về chiều cao.
37
Hình 3.2 Cây Thủy trúc
Vật liệu lọc đá 1 cm x 2 cm đƣợc mua tại Doanh nghiệp Tƣ nhân Diễm Ngân.
3.2.2 Bố trí thí nghiệm
a. Mô hình thí nghiệm
Các thí nghiệm sẽ đƣợc thực hiện trên mô hình đất ngập nƣớc nhân tạo trƣớc Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên Trƣờng Đại học Cần Thơ.
38
b. Sơ đồ thí nghiệm
Thí nghiệm đánh giá khả năng hấp thu đạm, lân cũng nhƣ hiệu quả xử lý nƣớc thải sẽ đƣợc thực hiện theo lƣu đồ sau:
Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm
Vận hành mô hình với thời gian lƣu tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng, sau khi mô hình đã hoạt động ổn định thì tiến hành lấy mẫu phân tích đầu vào và đầu ra của mô hình, xác định cân bằng nƣớc.
So sánh kết quả thu đƣợc:
Các chỉ tiêu: pH, SS, N – NH4+, N – NO3- đƣợc so sánh với QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải sinh hoạt).
Các chỉ tiêu: COD, TKN, Tổng P đƣợc so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải Công nghiệp).
Nếu kết quả đạt Quy chuẩn thì giảm thời gian lƣu tồn nƣớc, nếu kết quả không đạt quy chuẩn thì tăng thời gian lƣu tồn nƣớc.
Đạt QCVN
Đạt QCVN
Đạt QCVN Không đạt QCVN
Lấy mẫu phân tích Lấy mẫu phân tích
Kết quả Bố trí thí nghiệm
Vận hành đợt 1
Giảm thời gian lƣu
Tiếp tục thí nghiệm cho đến khi chọn đƣợc thời gian lƣu ngắn nhất
Chọn thời gian lƣu ở thí nghiệm trƣớc đó (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn thời gian lƣu đã điều chỉnh Tăng thời gian lƣu
Kết quả
Kết quả
Không đạt QCVN Không đạt QCVN
39 Tiếp tục tiến hành các thí nghiệm cho đến khi tìm ra đƣợc thời gian lƣu tồn nƣớc ngắn nhất mà khi đó nƣớc đầu ra vẫn đạt Quy chuẩn
3.2.3 Phƣơng pháp tiến hành
a. Giai đoạn chuẩn bị vận hành
Dọn dẹp cỏ dại trong mô hình.
Hình 3.5 Mô hình đất ngập nƣớc nhân tạo trƣớc khi tiến hành đề tài Loại bỏ vật liệu lọc cũ.
Hình 3.6 Mô hình đất ngập nƣớc khi lấy hết vật liệu lọc
Kiểm tra các đƣờng ống dẫn thông nhau giữa các bể và giữa mô hình với bình chứa nƣớc thải đầu vào và đầu ra.
Thử nƣớc để xác định mức độ rò rĩ của mô hình nếu có, việc thử nƣớc đƣợc tiến hành trong 12 giờ bắt đầu từ 17 giờ chiều đến 5 giờ sáng của ngày hôm sau.
40 Tiến hành đo đạt lấy các thông số của mô hình. Do các bể trong mô hình có dạng hình trụ mặt elip nên cần xác định các thông số chính là trục lớn, trục bé, độ sâu mực nƣớc chết.
Kiểm tra bình chứa nƣớc đầu vào và đầu ra, do hai bình chứa nƣớc đầu ra đƣợc đặt âm vào đất nên không bị hƣ hỏng. Bình chứa nƣớc đầu vào do đặt ngoài trời nên bị lão hóa và có hiện tƣợng rò rỉ nƣớc ở thành bình vì vậy cần phải khắc phục.
Vật liệu lọc mới là đá 1 cm x 2 cm mua về đƣợc rửa sạch sau đó cho vào mô hình và lấy tiêu biểu một lƣợng để làm thí nghiệm về độ rỗng.
Hình 3.7 Đá 1 cm x 2 cm sử dụng làm vật liệu lọc trong thí nghiệm
Thí nghiệm độ rỗng vật liệu lọc đƣợc tiến hành trên thùng có thể tích 8 Lít đƣợc cho vào đầy đá 1 cm x 2 cm đã rửa sạch sau đó tiến hành đong lƣợng nƣớc đổ vào thùng cho đến khi đầy. Thí nghiệm đƣợc lặp lại ba lần và lấy trung bình cộng.
Lắp đặt van định lƣợng cho mô hình.
Thay đất cũ trên nền hai con ong bằng phân compost.
Tiến hành trồng hoa tạo cảnh quan môi trƣờng cho mô hình.
Thủy trúc giống khi thu về tiến hành cắt bớt lá sau đó tách bụi mỗi bụi từ 5 đến 7 thân và trồng trực tiếp vào mô hình với mật độ là 20 bụi/m2.
Sau khi trồng cây tiến hành chạy mô hình bằng nƣớc ao cạnh mô hình để cung cấp dinh dƣỡng cho cây và vi sinh vật cho toàn mô hình. Sau một tuần tiến hành tƣới nƣớc thải sau hầm tự hoại cho cây mỗi bụi tƣới 500 ml mỗi ngày tƣới 2 lần. Sau một tuần tăng lƣợng nƣớc thải tƣới vào mô hình sau 1 tháng thấy cây phát triển tốt mới bắt đầu tiến hành thí nghiệm định hƣớng.
41
b. Tiến hành thí nghiệm định hướng
Thí nghiệm định hƣớng đƣợc tiến hành lấy mẫu phân tích và xác định cân bằng nƣớc trong ba ngày liên tục ở một thời gian lƣu. thông số theo dõi là COD và cân bằng nƣớc, pH và DO là thông số vận hành.
c. Tiến hành thí nghiệm chính thức
Thí nghiệm chính thức đƣợc thực hiện theo thời gian lƣu tìm đƣợc của thí nghiệm định hƣớng
Tiến hành phân tích mẫu và xác định cân bằng nƣớc trong ba ngày liên tục. Thí nghiệm chính thức đƣợc thực hiện theo sơ đồ (Hình 3.4).
3.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi và cách thu mẫu
a. Các chỉ tiêu theo dõi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các số liệu về cân bằng nƣớc gồm: lƣợng nƣớc thải đầu vào, lƣợng nƣớc thải đầu ra, lƣợng nƣớc mƣa, lƣợng bốc thoát hơi nƣớc và lƣợng nƣớc do cây Thủy trúc sử dụng (tính chung).
Các chỉ tiêu về nƣớc thải gồm: pH, DO, SS, N – NH4+, N – NO3-, COD, TKN, Tổng P.
Các chỉ tiêu về cây Thủy trúc gồm: thành phần phần trăm của nƣớc, số thân cây, sinh khối tƣơi, sinh khối khô.
b. Cách thu mẫu
Đối với nƣớc thải đầu vào và đầu ra đƣợc lấy mẫu trong ba ngày liên tục.
Đối với mẫu Thủy trúc đƣợc lấy ở mỗi con Ong gồm ba cây ở ba thể trạng khác nhau bao gồm: cây bé, cây trung bình và cây lớn sao cho kích cỡ của mẫu gần bằng nhau ở hai con Ong.
Mẫu cây Thủy trúc đƣợc lấy ở ba thời điểm: Trƣớc khi tiến hành vận hành mô hình. Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm chính thức. Sau khi kết thúc thí nghiệm.
3.3.5 Phƣơng pháp và phƣơng tiện phân tích các chỉ tiêu
Các chỉ tiêu về nƣớc thải đƣợc phân tích theo chỉ dẫn của Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA 1995) bằng các thiết bị phòng thí
42 nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Môi trƣờng, Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ.
Bảng 3.1 Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu
Chỉ tiêu Phƣơng pháp Phƣơng tiện
pH Đo trực tiếp bằng điện cực. Máy đo pH ORION model 420A.
DO Đo trực tiếp bằng điện cực. Máy đo DO WTW – Oxy 330.
SS Phƣơng pháp lọc và cân bằng trọng lƣợng.
Giấy lọc sợi bằng thủy tinh Advantec, đƣờng kính lỗ 0,6 µm.
Phễu lọc.
Tủ sấy Memmert UI40. Máy hút chân không. Cân điện tử 324S. Các dụng cụ cần thiết.
COD Phƣơng pháp đun Dicromate hoàn lƣu kín.
Ống nghiệm COD. Tủ sấy Melag 405.
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết.
TKN Phƣơng pháp phân hủy đạm và chƣng cất Kjeldahl.
Máy công phá đạm Kjeldahlerm KB 20S. Máy chƣng cất đạm Gerhardt Vapodest. Ống Kjeldahl.
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết.
Tổng P Phƣơng pháp SnCl2. Tủ sấy Memmert UI40.
Máy đo quang phổ CECIL CE 1021. Các hóa chất và dụng cụ cần thiết.
N – NH4+ Phƣơng pháp chƣng cất Kjeldahl với xúc tác Mg2O.
Máy chƣng cất đạm Gerhardt Vapodest. Ống Kjeldahl.
Các hóa chất và dụng cụ cần thiết.
N – NO3- Phƣơng pháp Salicylate Sodium. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máy quang phổ CECIL CE 1021. Các hóa chất và dụng cụ cần thiết.
43
3.3.6 Các công thức tính toán
a. Công thức tính diện tích
Do các bể trong mô hình có mặt hình elip nên:
b a
S (3.1) Trong đó:
S: diện tích một bể thành phần của mô hình. a: một nữa chiều dài trục lớn.
b: một nữa chiều dài trục bé.
b. Công thức tính thể tích hữu dụng h S V (3.2) Trong đó: V: thể tích hữu dụng của một bể thành phần. S: diện tích của một bể thành phần. h: độ sâu mực nƣớc chết trong một bể thành phần. c. Công thức tính thể tích thực V Vt (3.3) Trong đó: Vt: thể tích thực của một bể thành phần. V: thể tích hữu dụng của một bể thành phần. α: độ rỗng vật liệu lọc. d. Công thức tính độ rỗng T V V V (3.4) Trong đó: : V V Thể tích phần lỗ rỗng. : T
V Tổng thể tích khối vật chất đang xét, bao gồm cả phần rắn và phần lỗ rỗng bên trong.
44
e. Công thức tính thời gian tồn lưu
Từ công thức (2.1) suy ra đƣợc: t d W L Q (3.2) Trong đó:
t: thời gian tồn lƣu nƣớc trong hệ thống.
L: chiều dài khu đất ngập nƣớc.
W: chiều rộng khu đất ngập nƣớc. :
độ rỗng của vật liệu lọc.
d: chiều sâu thiết kế của khu đất ngập nƣớc.
Q: lƣu lƣợng nƣớc thải chảy qua mô hình trong ngày.
f. Cách tính toán cân bằng nước
Các tính toán cân bằng nƣớc đƣợc dựa phƣơng trình sau:
Wvào + R = Wra + EV + I (3.3) Trong đó:
Wvào: lƣợng nƣớc thải chảy vào mô hình trong 24 giờ. R: lƣợng mƣa rơi vào mô hình trong 24 giờ.
Wra: lƣợng nƣớc thải đầu ra thu đƣợc trong 24 giờ.
EV: tổng lƣợng bốc thoát hơi (bao gồm bốc hơi qua mặt thoáng của mô hình bốc hơi nƣớc qua cây Thủy trúc và lƣợng nƣớc cây Thủy trúc sử dụng).
I: lƣợng nƣớc rò rỉ của mô hình. Đã tiến hành thử nƣớc trong 12 giờ không phát hiện rò rỉ nên: I = 0.
Với I = 0, ta viết lại phƣơng trình nhƣ sau:
Wvào + R = Wra + EV (3.5)
45 Phần tính toán chi tiết sẽ đƣợc trình bày trong phần kết quả thảo luận. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3.7 Phƣơng pháp xử lý số liệu
46
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƢỚC NHÂN TẠO
Mô hình đất ngập nƣớc trƣớc khi tiến hành thí nghiệm đƣợc đo đạc và tính toán các thông số chính đƣợc trình bày ở bảng 4.1.
Bảng 4.1 Các thông của mô hình đất ngập nƣớc
4.2 ĐẶC TÍNH CỦA NƢỚC THẢI SAU BỂ TỰ HOẠI
Nƣớc thải sử dụng làm thí nghiệm là nƣớc thải đầu ra bể tự hoại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên Trƣờng Đại học Cần Thơ. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu của nƣớc thải đầu vào nhằm đánh giá chất lƣợng nƣớc thải đầu vào của mô hình và định hƣớng cho các thí nghiệm. Kết quả phân tích đƣợc trình bày ở bảng 4.2.
Bảng 4.2 Đặc tính của nƣớc thải sau bể tự hoại
Thông số Kết quả Trung bình Độ lệch chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột A Lần 1 Lần 2 Lần 3 pH (-) 8,43 8,57 8,48 8,49 0,07 5 – 9 DO (mg/L) 0,34 0,28 0.36 0,33 0,04 - SS (mg/L) 113,86 124,65 108,74 115,75 8,12 50 COD (mg/L) 225,85 218,74 208,87 217,82 8,53 75* TKN (mg/L) 127,56 123,67 117,76 123,00 4,93 20* N – NH4+ (mg/L) 117,43 113,84 109,23 113,50 4,11 5 Mô hình Đơn vị A B Tổng Thể tích L 296 344 640 Diện tích m2 1,56 1,73 3,29 Số Thủy trúc Bụi 32 35 67
47 N – NO3- (mg/L) 0,124 0,127 0,123 0,125 0,002 30 Tổng P (mg/L) 4,21 4,03 3,86 4,03 0,16 4* (*) So sánh với QCVN 40:2011/BTNMT cột A
Qua bảng 4.2 cho thấy nƣớc thải sau bể tự hoại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần thơ có đặc tính yếm khí thể hiện qua lƣợng oxy hòa tan (DO) trung bình thấp (0,33±0,04 mg/L), giá trị pH ở mức cao (8,49±0,07) tƣơng ứng với hàm lƣợng amonia (NH4+) ở mức cao. Hàm lƣợng nitrat (NO3- ) thấp rất nhiều so với QCVN 14:2008/BTNMT (cột A). Tỉ lệ NH4+/TKN cao (0,92) do hầm tự hoại đã sử dụng lâu ngày nên các chất thải của con ngƣời tích tụ và phân hủy làm cho hàm lƣợng nitơ trong nƣớc thải rất cao.
Nhìn chung nƣớc sau bể tự hoại thích hợp cho phƣơng pháp xử lý bằng đất ngập nƣớc nhân tạo tuy nhiên nƣớc thải có giá trị pH khá cao có thể gây ức chế sự sinh trƣởng và phát triển của thực vật thủy sinh trồng trong mô hình cũng nhƣ các vi sinh vật.
4.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƢỚNG
4.3.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm đƣợc vận hành ở thời gian lƣu 4 ngày
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 4 ngày mô hình đƣợc vận hành liên tục và tiến hành phân tích COD của nƣớc thải đầu vào, đầu ra cũng nhƣ ghi nhận lƣợng mƣa.
Nồng độ COD đầu vào và đầu ra đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.3 Giá trị COD của thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 4 ngày
Ngày Đơn vị 1 2 3 Trung bình Độ lệch chuẩn
Đầu vào mg/L 215,74 221,32 218,95 218,67 2,80 A* mg/L 71,97 67,97 70,55 70,16 2,03 B* mg/L 69,58 65,64 67,61 67,61 1,97
(*) Nồng độ tính toán theo khối lượng, lượng nước đầu ra và lượng mưa.
Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 4 ngày đƣợc trình bày trong bảng sau:
48
Bảng 4.4 Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 4 ngày
Ngày 1 2 3 Trung bình
A* (%) 66,64 69,29 67,78 67,90 B* (%) 67,75 70,34 69,12 69,07
(*) Hiệu suất tính toán theo khối lượng, lượng nước đầu ra và lượng mưa.
Hiệu suất xử lý COD của mô hình đạt ở mức khá: ở nghiệm thức A đạt 67,90% và 69,07% đối với nghiệm thức B. Hiệu suất xử lý COD của nghiệm thức B lớn hơn nghiệm thức A tuy nhiên không có sự khác biệt ở mức 5%.
Tăng thời gian lƣu lên 5 ngày ở thí nghiệm 2 để tăng hiệu suất xử lý cho mô hình.
4.3.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm đƣợc vận hành ở thời gian lƣu 5 ngày (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 5 ngày mô hình đƣợc vận hành liên tục và tiến hành phân tích COD của nƣớc thải đầu vào, đầu ra cũng nhƣ ghi nhận lƣợng mƣa.
Nồng độ COD đầu vào và nồng độ COD đầu ra đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.5 Giá trị COD ở thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 5 ngày
Ngày 1 2 3 Trung bình Độ lệch chuẩn
Đầu vào (mg/L) 197,68 208,75 219,64 208,69 10,98 A* (mg/L) 47,96 49,43 55,61 51,00 4,06 B* (mg/L) 45,53 46,78 53,00 48,44 4,00
(*) Nồng độ tính toán theo khối lượng, lượng nước đầu ra và lượng mưa.
Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 5 ngày đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 5 ngày
Ngày 1 2 3 Trung bình
A (%) 75,73 76,32 74,68 75,58 B (%) 76,97 77,59 75,87 76,81
(*) Hiệu suất tính toán theo khối lượng, lượng nước đầu ra và lượng mưa.
Qua bảng 4.5 và 4.6 cho thấy hiệu suất xử lý COD của mô hình ở mức khá cao: nghiệm thức A đạt 75,58% và 76,81% ở nghiệm thức B. Hiệu suất xử lý COD ở mô hình B lớn hơn mô hình A nhƣng không có sự khác biệt mở mức 5%.
49 Hiệu suất xử lý COD của thí nghiệm thí nghiệm 2 cao hơn ở thí nghiệm 1 và có sự khác biệt ý nghĩa ở mức 5%.
Tiếp tục tăng thời gian lƣu lên 6 ngày ở thí nghiệm 3 để tăng hiệu suất xử lý cho mô hình.
4.3.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm đƣợc vận hành ở thời gian lƣu 6 ngày
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 6 ngày mô hình đƣợc vận hành liên tục và tiến hành phân tích COD của nƣớc thải đầu vào, đầu ra cũng nhƣ ghi nhận lƣợng mƣa.
Nồng độ COD đầu vào và nồng độ COD đầu ra đƣợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.7 Giá trị COD ở thí nghiệm định hƣớng ở thời gian lƣu 6 ngày