4. Phương pháp nghiên cứu
2.1.3.3. Vật liệu lọc
Vật liệu lọc là đá sỏi, với kích thước khác nhau phân ra 3 loại: Loại 1: đá sỏi kích thước 3 x 4 (cm)
Loại 2: đá sỏi kích thước 1 x 2 (cm) Loại 3: đá sỏi kích thước ≤1 x 1 (cm)
Vật liệu lọc được phân loại, rửa sạch sắp xếp theo thứ tự kích thước lớn ở dưới kích thước nhỏ ở trên, chia thành 3 lớp có chiều cao bằng nhau cho mỗi bể. Bể VF mỗi lớp vật liệu lọc cao 16 cm, bể HF mỗi lớp vật liệu lọc cao 10 cm.
Hình 2.9. 03 lớp vật liệu lọc khi đưa vào mô hình
2.1.4. Hệ thống ống dẫn nƣớc, van điều chỉnh, giàn phân phối nƣớc thải
Thiết kế và lắp đặt hệ thống dẫn nước cho mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp đảm bảo lưu lượng nước ổn định chảy qua mô hình. Hệ thống bể HF có kết cấu dạng 2 bình thông nhau để đảm bảo mực nước luôn luôn cao hơn lớp vật liệu lọc, có van điều tiết lưu lượng nước vào ra bể. Hệ thống bể VF thiết kế sau bể HF nên lưu lượng đầu vào phụ thuộc vào bể HF lưu lượng đầu ra có van điều chỉnh theo đúng yêu cầu.
19 Hệ thống cấp nước có dàn phân phối nhỏ giọt để đảm bảo quá trình hiếu khí và dòng chảy của mô hình.
Hình 2.10. Hệ thống đường ống dẫn nước cho mô hình thí nghiệm
2.1.5. Trồng cây
Sau quá trình tuyển chọn các loài cây bản địa phù hợp với mục đích xử lý nước thải trong mô hình đất ngập nước nhân tạo ta tiến hành ươm giống trồng cây cho phát triển ở môi trường đất tự nhiên. Sau khi cây đã phát triển ổn định, ta tiến hành tuyển chọn những cây tốt, có chiều dài từ 30-40 cm, rễ dài từ 5-10 cm để trồng vào mô hình thí nghiệm.
Khi tách cây ra khỏi môi trường tự nhiên chuyển sang môi trường nước của mô hình thí nghiệm ta tiến hành chạy thử nghiệm mô hình với nước thải đã được pha loãng 50%. Đây là khoảng thời gian dành cho cây thích nghi với nước thải trong các bể. Do khả năng thích nghi của 6 loại cây khá tốt nên thời gian thích nghi trong môi trường mới là 15 ngày.
Số lượng cây trồng và các loại cây trồng trong các bể: + Bể VF: trồng cây chuối hoa theo 3 hàng, mỗi hàng 4 cây.
+ 3 bể HF trồng 3 loại cây: môn nước, môn đốm, phát lộc. Trong mỗi bể cây được trồng theo 3 hàng, mỗi hàng 4 cây.
20
2.1.6. Thuyết minh sơ đồ mô hình thí nghiệm
- Mô hình thí nghiệm đất ngập nước nhân tạo được kết hợp 3 loại bãi lọc: bãi lọc dòng chảy ngầm ngang (HF) – bãi lọc dòng chảy ngầm thẳng đứng (VF) –bãi lọc dòng chảy bề mặt (FWS) để đạt hiệu quả tối ưu trong việc xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà.
Hình 2.11. Sơ đồ mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp HF – VF – FWS
Thuyết minh sơ đồ mô hình thí nghiệm:
- Nước thải lấy từ cống thải nước thải sinh hoạt của TP.Đông Hà đổ trực tiếp vào bể chứa 1. Bể chứa một đóng vai trò như hố thu gom nước thải sinh hoạt. Sau đó nước thải được điều chỉnh để chảy với lưu lượng ổn định 120 lít/ngày đêm vào bể lắng ngang. Nước thải sau bể lắng ngang đã loại bỏ một lượng lớn chất rắn lơ lửng cũng
21 như một lượng dầu mỡ nổi trên bề mặt bể lắng. Bể lắng được thiết kế với độ nghiêng 50 với chế độ gạt cặn thủ công. Cặn lắng và váng dầu mỡ được thải bỏ thủ công bằng một ống nhựa phía đáy bể lắng với tần suất xả cặn là 1 lần/tuần. Nước thải sau lắng được cho vào bể chứa 2 để đảm bảo quá trình cấp nước liên tục và không liên tục vào 2 mô hình thí nghiệm chạy song song với nhau. Nước thải ở bể chứa được cấp liên tục vào ba bể HF trồng ba loại cây khác nhau. Lưu lượng nước cấp được cố định là 20 lit/ngày đêm cho mỗi bể. Nước thải sau khi qua 3 bể HF được thải ra và cấp không liên tục cho bể VF. Chế độ cấp nước đối với bể VF là 4 lần/ngày đêm (khoảng 6h cấp 1 lần), mỗi lần cấp nước kéo dài trong 1 giờ với lưu lượng là 60 lít/ngày đêm. Nước thải trong bể VF được duy trì ở trạng thái hiếu khí. Sau đó nước thải được dẫn qua bể FWS trồng hoa súng với lưu lượng ổn định là 60 lít/ngày đêm. Nước thải sau bể FWS được thải ra ngoài với nồng độ các yếu tố ô nhiễm đã đạt quy chẩn xả thải. Nước thải trong mô hình chảy theo chế độ tự chảy, dựa vào độ chênh thủy lực giữa các bể (không dùng bơm).
Hình 2.12. Sơ đồ mô hình bãi lọc trồng cây nhân tạo kết hợp theo chiều đứng
2.2. Vận hành và quan trắc mô hình thí nghiệm 2.2.1. Tính toán lƣu lƣợng nƣớc thải vào 2.2.1. Tính toán lƣu lƣợng nƣớc thải vào
- Nguồn nước thải vận hành mô hình thí nghiệm là nước thải sinh hoạt TP.Đông Hà. Địa điểm lấy mẫu được thay đổi để chọn giá trị đặc trưng và phù hợp với yêu cầu của mô hình thí nghiệm.
- Lưu lượng nước thải được tính dựa trên tải trọng thủy lực HLR của mô hình: Bể chứa (2) Bể HF (3 bể) Bể VF (1 bể) Bể FWS (1 bể) Bể lắng Bể chứa (1)
22 1 1 1 1 e p i i p e C k q p C k C C p q Trong đó: - Ce là nồng độ chất ô nhiễm đầu ra
- Ci là nồng độ ô nhiễm đầu vào
- P là số bể
- q là tải lượng thủy lực (HLR) Q = A x HLR
- A là diện tích
Dựa vào kết quả vận hành của các nghiên cứu thực nghiệm khác:
- HLR1 3cm/d (HRT 6,8 ngày); HLR1 6 cm/d (HRT 3,4 ngày); Hiệu quả xử lý COD với HLR1 (tải lượng 332 – 942 kgha/d) 41 – 67%, HLR2 (tải lượng BOD 1053 – 1602 kgha/d 54 – 73%; BOD (218 – 324 kgha/d) với HLR1 41 – 55%, HLR2 (444 – 780 kgha/d) 41 – 58%; Hiệu quả xử lý N với HLR1 và HLR2 không khác nhau nhiều, TKN 16 – 30%, NH3 2 – 16% [6].
- HLR mô hình ICW : 1,07 – 10,03 cm/d [7]. - HLR cho HF = 18,1; VF = 29,5 cm/d [8].
=> Chọn giá trị tải trọng thủy lực cho mô hình thí nghiệm là HLR = 5cm/d. - Lưu lượng nước thải cần thiết cho mô hình là:
Q = A x HLR
Trong đó: A là tổng diện tích các bể xử lý của mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp.
- Diện tích 3 bể HF dòng chảy ngang: SHF = 3 x (l x b) = 3 x 63 x 43 ≈ 8.100 cm2 - Diện tích bể VF dòng chảy đứng: SVF = l x b = 64 x 43 ≈ 2.700 cm2 - Diện tích bể FWS dòng chảy bề mặt: SFWS = (𝜋 x D2 ) / 4 = (3,14 x 48,52) / 4 ≈ 1.800 cm2 - Tổng diện tích của mô hình là:
23 A = SHF + SVF + SFWS = 8.100 + 2.700 + 1.800 = 12.000 cm2
=> Q = A x HLR = 12.000 x 5 = 60.000 cm3/d = 60 lít/ngày đêm
- Bể HF và FWS cấp nước liên tục với lưu lượng 20 lít/ngày đêm cho mỗi bể HF và 60 lít/ngày đêm cho bể FWS. Bể VF cấp nước không liên tục 4 lần/ngày vào các thời điểm 6 giờ, 11 giờ, 16 giờ, 21 giờ. Mỗi lần cấp nước cho bể FWS kéo dài trong vòng 1 giờ.
2.2.2. Vận hành mô hình thí nghiệm
- Nguồn nước thải:
Nước thải được lấy tại các cống xả thải nước thải sinh hoạt TP.Đông Hà sau đó được vận chuyển về mô hình. Nước thải sinh hoạt được tập trung lại bể chứa 1. Bể chứa 1 đóng vai trò như một bể điều hòa lưu lượng, đảm bảo lưu lượng nước thải ổn định chảy vào bể lắng. Lưu lượng nước thải đảm bảo cho hoạt động của mô hình là 60 lít/ngày đêm.
- Cách điều tiết nƣớc trong mô hình thí nghiệm:
Để điều tiết nước trong trong hệ thống mô hình thí nghiệm ta dùng các van nhựa. Lưu lượng nước thải chảy vào các bể trong mô hình được kiểm tra từng ngày hoạt động. Bố trí chiều cao các bể khác nhau để đảm bảo có đủ chiều cao thủy lực đảm bảo chế độ tự chảy cho mô hình thí nghiệm.
Đối với 3 bể HF: cấp nước liên tục với lưu lượng 20 lít/ngày đêm. Ống thoát nước ra của mỗi bể phải thiết kế thêm ống xi phông để đảm bảo lượng nước trong bể luôn ngập hết vật liệu lọc.
Đối với bể VF: Cấp nước không liên tục, 4 lần/ngày. Nước được cung cấp cho bể VF vào các khoảng thời gian 6h, 11h, 16h, 21h trong ngày. Mỗi lần cấp nước kéo dài trong 1 tiếng. Lưu lượng nước cấp vào bể VF là 60 lít/ngày đêm.
2.2.3. Quan trắc mô hình thí nghiệm Sơ đồ lấy mẫu của mô hình thí nghiệm: Sơ đồ lấy mẫu của mô hình thí nghiệm:
24
Hình 2.13. Bố trí các địa điểm lấy mẫu
Lấy mẫu nƣớc
Quy trình này được viết chung cho việc lấy mẫu: - Nước thải đầu vào HTXL.
- Nước thải đầu ra của HTXL. - Nước thải đầu ra của các bể xử lý.
Mục tiêu của kế hoạch lấy mẫu nƣớc
- Xác định chất lượng, mức độ ô nhiễm của nước thải trước và sau xử lý.
- Đánh giá chất lượng nước thải bằng các thông số sau:pH, BOD5, TSS, NH4+, NO3-, PO4-P, tổng Coliform.
25
Số lƣợng mẫu và chỉ tiêu phân tích
- Có 7 điểm cần lấy mẫu phân tích được đánh dấu trên sơ đồ gồm: M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7.
- Đối với mẫu trước khi xử lý bằng mô hình thí nghiệm(M1): phân tích các thông số pH, BOD5, TSS, NH4+, NO3-, PO4-P và tổng Coliform.
- Mẫu M2, M7 Phân tích đầy đủ các thông số pH, BOD5, TSS, NH4+, NO3-, PO4- P,tổng Coliform. Để đánh giá hiệu quả hoạt động của toàn mô hình.
Các mẫu còn lại M3, M4, M5, M6 chỉ phân tích các chỉ tiêu: pH, BOD5, NH4+, NO3- , TSS (Không phân tích tổng Coliform; và PO4-P). Để đánh giá hiệu quả xử lý của từng bể trong mô hình và so sánh hiệu quả xữ lý giữa các loại cây với nhau.
Dụng cụ lấy mẫu và bảo quản mẫu
- Quần áo bảo hộ và găng tay sử dụng một lần - Bình chứa mẫu là bình nhựa loại 1,5L và 0,5 L. - Thùng lớn chứa mẫu loại 10L
- Thiết bị giữ lạnh (thùng xốp chứa đá) ( 20 - 25oC)
Phƣơng pháp lấy mẫu Tần xuất:
- Trước khi bắt đầu triển khai mô hình thí nghiệm: 1 lần
- Trong giai đoạn thực hiện mô hình thí nghiệm: 3 hoặc 4 đợt/1 tháng (tùy vào điều kiện thực tế).
- Thời gian lấy mẫu liên tục trong 8 – 10 h (tùy điều kiện và khả năng). Lấy mẫu đơn, trộn lại làm mẫu gộp.
Số mẫu chính thức:
Số lượng mẫu: 7 mẫu/1 đợt.
Vị trí lấy mẫu nƣớc:
- Vị trí lấy mẫu theo ký hiệu đánh dấu ở trên mô hình. - Bao gồm 7 điểm cần lấy mẫu phân tích (sơ đồ):
+ M1, M2, M7 là những mẫu cần phân tích thêm coliform nên cần có dụng cụ chứa riêng đển phân tích coliform.
+ M3, M4, M5, M6 là những mẫu so sánh hiệu quả xử lý nên chỉ cần lấy 1 mẫu khoảng 1,5 lít.
26 + Các mẫu đều lấy sau bể xử lý (đầu ra của bể).
Quy trình lấy mẫu
- Bƣớc 1: Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ lấy mẫu
- Bƣớc 2: Ghi hoặc dán ký hiệu mẫu lên bình đựng mẫu. - Bƣớc 3: Đeo găng tay
- Bƣớc 4: Mở vòi nước, cho chảy từ từ vào bình lấy mẫu cho đến khi đủ 1L. Sau
đó, cho mẫu vào thùng chứa mẫu gộp.
- Bƣớc 5: Trộn đều thùng chứa mẫu gộp, lấy hai bình 1L và 0,5L trên mỗi mẫu.
Bình 0,5L lấy đầy bình, vặn nắp chặt, để phân tích vi sinh vật.
- Bƣớc 6: Bảo quản mẫu trong thùng xốp đựng đá, tối đa 24 giờ cho đến khi
27
Chƣơng 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
Để đánh giá tổng quan nhất về hiệu quả xử lý nước thải của mô hình đối với nước thải sinh hoạt thành phố Đông Hà ta tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý nước thải ở 2 địa điểm:
- Nguồn thải 1: được lấy tại cống thoát nước thải sinh hoạt chung của thành phố Đông Hà tại phường 1. Địa điểm lấy mẫu được chọn tại cuối đường cống nơi chảy trực tiếp ra sông Hiếu.
- Nguồn thải 2: được lấy tại cống xả thải cạnh chợ Đông Hà, đây là cống thoát nước chung cho cả nước thải sinh hoạt của người dân và nước thải chợ. Địa điểm lấy mẫu là cuối đường cống, nơi chảy trực tiếp vào sông Hiếu.
Hình 3.1. Địa điểm lấy mẫu nước thải
- Đầu tiên mô hình được cung cấp nước thải bằng nguồn thải 1, sau 2 lần phân tích mẫu ta đổi nguồn cung cấp nước thải cho mô hình là nguồn thải 2.
- Quá trình lấy mẫu nước thải được lên kế hoạch chi tiết do sinh viên thực hiện đảm nhận. Sau đó đưa mẫu về Trung tâm Quan trắc tỉnh Quảng Trị để phân tích. Mọi thông số phân tích kết quả mẫu đều do Trung tâm Quan trắc tỉnh Quảng Trị cung cấp.
3.1. Kết quả phân tích hiệu quả xử lý của mô hình đối với nguồn thải 1 3.1.1. Phân tích mẫu nƣớc thải đầu vào
- Nguồn thải 1 là nước thải sinh hoạt TP.Đông Hà được lấy tại cống thoát nước sinh hoạt chung thải ra sông Hiếu.
28
Bảng 3.1. Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào của mô hình thí nghiệm [5]
STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ QCVN 14:2008/BTNMT Cột B Lần 1 Lần 2 01 pH - 6,84 6,81 5 – 9 02 BOD5 mg/l 80,8 85,3 50 03 TSS mg/l 9,2 9,25 100 04 Nitrat (NO3 -) (tính theo N) mg/l 0,08 0,09 50 05 Amoni (NH4 +) (tính theo N) mg/l 16,5 17,12 10 06 Phosphat (PO43-) (tính theo P) mg/l 2,2 2,25 10 07 Tổng Coliform MNP/100ml 110000 120000 5000
- Kết quả quan trắc mẫu tại nguồn thải 1 cho thấy nước thải đầu vào tương đối ổn định.
- BOD5 là nhu cầu oxy sinh hóa của nguồn đầu vào, ô nhiễm tương đối thấp, chỉ cao gấp 1,61 lần so với tiêu chuẩn nước thải loại B QCVN 14:2008/BTNMT
- Tổng coliform đầu vào rất cao, gấp 22 lần so với tiêu chuẩn chuẩn nước thải loại B QCVN 14:2008/BTNMT.
- Amoni (NH4+) (tính theo N) có trong nước thải đầu vào cao gấp 1,65 lần so với tiêu chuẩn chuẩn nước thải loại B QCVN 14:2008/BTNMT.
- Các chỉ tiêu còn lại đều thấp hơn so với tiêu chuẩn chuẩn nước thải loại B QCVN 14:2008/BTNMT.
3.1.2. Kết quả phân tích hiệu quả xử lý các thông số ô nhiễm
- Dưới đây là bảng thông số phân tích hiệu quả xử lý nước thải của mô hình đất ngập nước nhân tạo kết hợp đối với từng thông số ô nhiễm:
29 Bảng 3.2. Kết quả phân tích pH [5] Ký hiệu mẫu Lần phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Lần 1 6,84 6,91 6,50 6,89 6,67 6,83 6,87 Lần 2 6,81 6,87 6,32 6,58 6,67 6,21 8,86 Bảng 3.3. Kết quả phân tích TSS (mg/l) [5] Kí hiệu mẫu Lần phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Lần 1 9,20 6,40 4,80 0,0 0,0 0,0 0,0 Lần 2 9,25 6,50 0,0 3,40 0,0 3,00 4,20
Bảng 3.4. Kết quả phân tích BOD5 (mg/l) [5] Kí hiệu mẫu Lần phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Lần 1 80,8 43,5 3,81 3,27 2,23 1,42 0,65 Lần 2 85,3 45,6 0,82 1,97 2,62 0,0 0,0 Bảng 3.5. Kết quả phân tích NO3- (mg/l) [5] Kí hiệu mẫu Lần phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Lần 1 0,08 0,04 0,25 1,05 1,77 4,06 3,73 Lần 2 0,09 0,05 0,757 1,78 2,19 4,81 3,45
30 Bảng 3.6. Kết quả phân tích NH4+ (mg/l) [5] Kí hiệu mẫu Lần phân tích M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Lần 1 16,52 5,22 1,74 1,15 0,82 0,04 0,03 Lần 2 17,12 6,05 0,22 1,10 0,10 0,07 0,04 Bảng 3.7. Kết quả phân tích PO43- (mg/l) [5]