Mô hình: Mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng có quy mô phòng thí nghiệm được làm bằng vật liệu mica dày 8mm. Kích thước bề: dài x rộng x cao = 1,2m x 0,4m x 0,7m, tỉ số chiều dài: chiều rộng là 3:1. Đáy bể được bố trí với độ dốc 3% nhằm đảm bảo nước sau xử lý được thu gom hoàn toàn. Khung đỡ chịu lực và chân đế mô hình được làm bằng thép hộp sơn chống rỉ, kích thước 10x20mm, chiều cao chân đế là 0,5m.
Cả 3 mô hình được thiết kế như nhau.
Vật liệu: Mỗi mô hình gồm 3 lớp vật liệu được sắp xếp theo một trình tự nhất định như nhau: Lớp trên cùng là lớp cát mịn với đường kính từ 1-2mm, chiều cao lớp cát là 200mm, Lớp ở giữa là lớp sỏi tròn có đường kính từ 5-10mm, chiều cao lớp này là 100mm, Lớp dưới cùng là lớp đá 10x20mm, cao 150mm. Thực vật: Thực vật xử lý ở đây là cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides), cỏ nến (Typha orientalis G.A. Stuart) và sậy (Phragmites australis), khoảng cách giữa 2 cây là 20 cm, mật độ trung bình là 20 cây/m2.
Nước thải đầu vào và đầu ra: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên toàn bộ diện tích mặt thoáng của mô hình bằng bơm định lượng, ống phân phối nước bằng PVC có đường kính D21mm, đường kính lỗ phân phối 4mm, bước lỗ 20mm. Nước đầu ra được lấy qua hệ thống ống thu nước PVC có đường kính D42 mm, hệ thống này được bố trí khắp đáy bể và đặt sát đáy.
Nguyên lý hoạt động: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên bề mặt tiếp nhận nước thải với hệ thống phân phối bằng ống PVC, đục lỗ. Sau đó, nước thải từ từ chảy qua các lớp vật liệu lọc và rễ thực vật xử lý theo chiều từ trên xuống, nước thải sau xử lý được thu gom bằng hệ thống đường ống PVC có khe lọc phân bố sát đáy bể. Các quá trình hóa học và sinh học sẽ xảy ra trong vùng có rễ thực vật xử lý và các khu vực có thể tạo màng bám sinh học trên vật liệu lọc. Các vi sinh vật sống trong vật liệu lọc và sống bám vào hệ thống rễ cây trồng sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ có trong nước thải phục vụ cho các quá trình sinh sản và phát triển của chúng. Bên cạnh đó, hệ thống rễ cây cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải qua việc hấp thu các chất dinh dưỡng có trong nước thải, đồng thời nó cung cấp oxy tạo ra các quá trình phân hủy hiếu khí bên trong mô hình. Còn các quá trình cơ học như lắng, lọc xảy ra chủ yếu ở lớp cát lọc và sỏi lọc. Các quá trình này giúp loại bỏ hầu như hoàn toàn cặn lơ lửng có trong nước thải
Hình 5.3. Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt mô hình đất ngập nước nhân tạo