CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp khảo sát: Tham khảo các tài liệu, bài báo khoa học… và khảo sát thực tế tại các cơ sở…
Phương pháp thực nghiệm: Tính tốn số liệu, thiết kế và vận hành mơ hình thí nghiệm.
Phương pháp thống kê: Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu phân tích các chỉ tiêu của nước thải trước và sau xử lý. Phân tích sự khác biệt giữa các ngiệm thức bằng phương sai 1 yếu tố ANOVA.
Phương pháp đánh giá và so sánh: Nhận xét các chỉ số của nước đầu ra so với nước thải đầu vào của hệ thống thí nghiệm. Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống. Sử dụng phếp phân tích hậu phương sai với phép thử Tukey HSD để đánh giá sự khác biệt giữa các nghiệm thức.
Phương pháp phân tích mẫu: Phân tích các chỉ tiêu - nhiệt độ, pH, DO, BOD5, COD, N tổng, ammonia, phosphor tổng, Cu, Zn, tổng coliform trong nước thải đầu vào và đầu ra của mơ hình xử lý.
• COD (mg/l): Phân tích bằng chuẩn độ theo Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater: 20th Edition – 5220 C. Closed Reflux, Titrimetrix Method.
• BOD5 (mg/l): Phân tích tại Trung tâm cơng nghệ xử lý mơi trường – Bộ tư lệnh Hóa học theo TCVN 6001-1:2008.
• N tổng (mg/l): Phương pháp phân tích Persulfate (so màu). Sử dụng máy đo quang HACH DR-900.
• Amoni (NH4+) (mg/l): Phương pháp phân tích Salicylate (so màu). Sử dụng máy đo quang HACH DR-900.
• Nitrate (NO3-) (mg/l): Phương pháp Chromotropic acid (so màu). Sử dụng máy đo quang HACH DR-900.
• Kẽm (Zn2+) (mg/l): Phương pháp USEPA Zincon Sử dụng máy đo quang HACH DR-900.
• Đồng (Cu2+) (mg/l): Phương pháp USEPA Bicinchoninate. Sử dụng máy đo quang HACH DR-900.
• Tổng coliform: Phân tích theo TCVN 6187-2:1996
➢ Bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng thích nghi của thực vật thủy sinh đối với nước thải chăn ni sau biogas.
Các bể thí nghiệm là các thùng nhựa có kích thước 60 x 45 x 40 (cm), được bổ sung các vật liệu lọc (đá và cát) lần lượt từ dưới lên trên: 10 cm đá 1- 2, 10 cm đá mạt, 5 cm cát thơ và thùng có van xả nước cách đáy 2 cm.
Các bể thí nghiệm được đặt có ánh sáng, dễ quang hợp và che chắn khi bị mưa. Mực nước ở trong mỗi bể cao hơn vật liệu lọc lần lượt là 5 cm và 20 cm; mỗi bể được trồng cây với số lượng theo thứ tự Bồn bồn 12 cây/ m2, Thủy trúc 12 cụm cây/m2 (mỗi cụm cây thường có 2 – 3 thân cây).
Theo dõi và đánh giá khả năng thích nghi của cây thử nghiệm đối với nước thải, có giá trị của một số thông số cơ bản để đánh mức độ ô nhiễm của môi trường nước.
➢ Mô hình thực nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý của Bồn bồn, Thủy trúc đối với nước thải chăn nuôi.
Xác định sơ bộ kích thước các bể thí nghiệm theo UN-HABITAT, 2008. Constructed Wetlands Manual [66]:
Trong đó:
Ah – Diện tích bề mặt của hệ thống (m2) Qd – Lưu lượng trung bình của nước thải (m3/ngày đêm)
Ci – Nồng độ BOD đầu vào (mg/l) Ce – Nồng độ BOD đầu ra (mg/l)
KBOD – Hằng số phân hủy BOD (Phụ thuộc vào nhiệt độ), được xác định theo từ biểu thức KTdn, trong đó:
K20- Hằng số tốc độ ở 20oC (d-1). T – Nhiệt độ của hệ thống (oC)
d – Độ sâu của cột nước trong hệ thống đất ngập nước (m) n – Độ xốp của lớp vật liệu đệm trong hệ thống
Việc xác định hệ số KBOD có thể dựa trên các đồ thị sau:
Hình 2. 2. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngang
Hình 2. 3. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dòng chảy đứng
Lựa chọn vật liệu sử dụng trong các bể thí nghiệm [7], [46]: Vật liệu sử dụng trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo nên sử dụng các loại vật liệu sẵn có, rẻ tiền. Chiều sâu lớp vật liệu phụ thuộc vào kiểu hệ thống xử lý và chiều dài của bộ rễ thực vật, đối với hệ thống đất ngập nước dịng chảy ngang, thơng thường độ sâu của hệ thống được thiết kế nhỏ hơn 0,6m. Đối với hệ thống dòng chảy đứng, chiều cao của hệ thống có thể lên đến hơn 1m, nhằm tạo ra các vùng xử lý có các điều kiện khác nhau, tuy nhiên, khi thiết kế độ sâu quá lớn, có thể làm tăng thêm chi phí thi cơng và chi phí vật liệu, và làm giảm vai trị của thực vật đối với quá trình xử lý nước thải.
Thực vật được trồng trong mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng, dòng chảy ngang xử lý nước thải chăn ni ở quy mơ phịng thí nghiệm. Các bể thí nghiệm mơ hình đất ngập nước được làm bằng thủy tinh, lót bạt bên trong, có kích thước như sau:
− Mơ hình dịng chảy đứng có kích thước: DxRxC = 1,2×1,2×1,1 (m)
− Mơ hình dịng chảy ngang có kích thước: DxRxC = 2,4×0,6×0,8 (m) ➢ Kết cấu các mơ hình:
Mơ hình dịng chảy đứng: Đáy bể lọc đổ lớp đá lót 4-6 (cm) dày 15cm; lớp đá 1-2 (cm) dày 10 cm; lớp lọc là lớp cát trộn đá mi 0,1-0,4 (cm) dày 75cm; bề mặt phủ lớp đá 1-2 (cm) dày 10 cm. Kích thước mơ hình: Dài×Rộng×Cao = 1,2 (m) × 1,0 (m) × 1,2 (m). Diện tích bề mặt: 1,2m2.
Mơ hình dịng chảy ngang: Hai đầu bể lọc là lớp vật liệu đá 40-80 (cm), có bề dày 40-50 (cm); phần giữa bể lọc là lớp đá mi 0,1-0,4 (cm) dày 60cm, đá 1-2 (cm) dày 10cm phủ bên trên. Kích thước mơ hình: Dài×Rộng×Cao = 2,8 (m) × 0,6 (m) × 0,6 (m). Diện tích bề mặt: 1,68m2.
Mực nước trong hệ thống thấp hơn độ cao của lớp đá 1×2 trên bề mặt là 5 cm.
Mơ hình dịng chảy đứng được vận hành theo chế độ mẻ, với lưu lượng 160 lít/ngày, mơ hình dịng chảy ngang vận hành với lưu lượng 100 lít/ngày. Mơ hình lai hợp vận hành với chế độ 160 lít/ngày.
Sử dụng thực vật thủy sinh là Bồn bồn, Thủy trúc trồng trong các mơ hình xử lý. Các mơ hình đã được vận hành để xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas trong thời gian 9 tháng (mơ hình đã ổn đinh, TVTS phát triển đồng đều, cây đang trong giai đoạn tăng trưởng tốt).
Các chỉ tiêu nước thải đầu vào và ra của hệ thống được lấy mẫu phân tích hàng tuần: Nhiệt độ, pH, DO, BOD5, COD, N tổng, ammonia, phosphor tổng, Cu, Zn, tổng coliform.
Hiệu suất xử lý các thông số ô nhiễm trong bể chảy đứng được tính tốn theo cơng thức:
H(%) = 𝑪𝒐−𝑪𝒕
𝑪𝒐 x 100% Trong đó: H là hiệu suất xử lý (%).
C0 là nồng độ đầu vào (mg/l). Ct là nồng độ tại thời điểm t (mg/l).
Hiệu suất xử lý các thơng số ơ nhiễm trong bể chảy ngang được tính tốn theo giá trị trung bình cộng của các lần lấy mẫu trong thời gian theo dõi.
Ký hiệu các bể:
NT01 – Nước thải đầu vào của hệ thống thử nghiệm BB01 – Bể dòng chảy đứng sử dụng Bồn bồn
TT01 – Bể dòng chảy đứng sử dụng Thủy trúc BB02 – Bể dòng chảy ngang sử dụng Bồn bồn TT02 – Bể dòng chảy ngang sử dụng Thủy trúc
Hình 2. 4. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng
Hình 2. 5. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng
Hình 2. 6. Sơ đồ bố trí mơ hình đất ngập nước lai hợp
Mỗi hệ thống lai hợp, bể có dịng chảy đứng và dịng chảy ngang được trồng TVTS cùng loài.