- Các thông số thiết kế cho bể yếm khí
Cỏ Vetiver là là thực vật có thể chịu được nồng độ ô nhiễm nước cao, COD ~ 1.500 mg/l từ đó ta có:
Hiệu quả làm sạch: i o i COD COD E COD
Trong đó: CODi: là lượng COD đầu vào của nước thải.
CODo : là lượng COD cho phép để nước thải có thể đưa vào xử lý sinh học.
Lượng COD cần khử 1 ngày (G):
i o
G V (COD COD ) (kg/ngày)
V: Lượng nước vào cần xử lý trong một ngày Dung tích xử lý yếm khí cần thiết:
* 0 G V a (m 3)
Trong đó: a - tải trọng khử COD của bể (kgCOD/m3ngày) G - lượng COD cần khử trong 1 ngày.
Vây: Diện tích bể cần thiết (F):
Q
F
v (m 2
)
Trong đó: Q - lưu lượng nước trong một ngày.
v - tốc độ nước đi lên trong bể, thường được lấy khoảng v = 0.9(m/h).
Chọn tỷ lệ L : W = 3 : 1
Trong đó: L - chiều dài bể yếm khí. W - chiều rộng của bể yếm khí. Chiều cao phần xử lý yếm khí (H1):
0* 1 V H F (m) Trong đó: V0*
- dung tích xử lý yếm khí cần thiết. F - Diện tích bề mặt bể
Chiều cao dự trữ: H3 = 0.3m
Vậy chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3 (m) Kiểm tra thời gian lưu nước (T):
V* = H × F (m3)
V*
T 24
Q (giờ)
- Tính toán kích thƣớc ô đất ngập nƣớc
Kích thước đáy ĐNN được thiết kế theo nhiều mô hình bắt đầu từ quy tắc “theo kinh nghiệm” đơn giản đến động lực học phức tạp.
Một lượng lớn hệ thống đất ngập nước được nghiên cứu cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở dòng vào và dòng ra đã giảm theo hàm mũ. Quan sát này phù hợp với mô hình loại bỏ bậc một, tỷ lệ loại bỏ tỉ lệ thuận với nồng độ các chất gây ô nhiễm. Sự loại bỏ BOD5 có thể được mô tả theo động học dòng chảy bậc nhất. 0 k tT i C e C (1) Trong đó : Co= nồng độ đầu ra (mg/L) Ci= nồng độ vào (mg/L ) kT= Tốc độ sử dụng chất nền tại nhiệt độ T T 20 T 20 k k (2) Với k20 = 1,104 và ϕ = 1,1
Thời gian lưu thủy lực t (giờ) có thể được mô tả như sau:
i 0 T ln(C / C ) n L W h t Q k (3) Trong đó :
n = độ xốp của sỏi sử dụng (tỷ lệ giữa các thể tích rỗng trên đáy và tổng thể tích đáy)
L = chiều dài hệ thống (m) W = chiều rộng hệ thống (m) h = chiều cao hệ thống (m)
Q = lưu lượng trung bình của dòng thải (m3/ngày) Từ 1, 2 và 3 ta có : nLWh kT 0 Q i C e C (4)
Diện tích bề mặt cần thiết của hệ thống có thể tính theo công thức sau :
i 0 T C Q ln C A L W= k nh (5) A = diện tích bề mặt của hệ thống (m2) Trong đó: A: diện tích (m2) Ci= nồng độ vào (mg/L ) Co: nồng độ dòng ra (mg/L) Q: tốc độ dòng chảy (m3/ngày)
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc rỉ rác của một số hệ thống đất ngập nƣớc trên thế giới và Việt Nam
* Hệ thống 1: Xử lý nước rỉ rác bằng hệ thống đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng (Sardinia, 2005)
Bãi rác ở vị trí A, đã đóng cửa, rộng 11 ha nhưng vẫn trong quá trình phân huỷ, nằm giữa khu vực Đại Tây Dương thuộc nước Mỹ. Nơi này nhận được khoảng 100 cm lượng mưa mỗi năm với nhiệt độ mùa hè cao thường khoảng 300C và độ ẩm cao nhưng độ ẩm thấp vào mùa đông, nhiệt độ thường chỉ dưới nhiệt độ đóng băng (tuyết tích lũy qua nhiều ngày hoặc thậm chí cả tuần). Mỗi ô đất có một lớp nilong chống thấm, có hệ thống thu gom nước rỉ rác, và lớp đất bao phủ, và hiện đang tạo ra khoảng 30.000 lít mỗi ngày nước rỉ rác. Từ năm 1980-1988 bãi rác nhận khoảng 74.000 tấn chất thải. Kể từ khi đóng cửa vào năm 1988, khu A đã tạo ra trung bình khoảng 35 m3/ngày nước rỉ rác.
- Tại khu A, nước thải được xử lý sẽ được tái sử dụng để tưới cho một bãi rác trồng thực vật bao gồm các loài cây bản địa và cỏ. Hệ thống thủy lợi được thiết kế để cho phép cân bằng nước trong thời gian dài. Tiêu chuẩn nước thải được tập trung vào các thành phần có thể gây bất lợi cho sự tăng trưởng của thực vật.
Hệ thống đất ngập nước ở vị trí A
Giai đoạn 1: bao gồm ba ô đất lọc sinh học tiêu chuẩn. Mỗi một ô kích thước là: 3,5 m dài; 3,5 m rộng và sâu 1,3m. Các ô đất được lấp đầy với các lớp khác nhau của sỏi và cát thô và trồng cây cỏ đuôi mèo và sậy phổ biến.
Giai đoạn 2: bao gồm một ô đất dòng chảy ngang dưới bề mặt, kích thước: dài 6m, rộng 3 m và sâu 1,3 m. Các ô đất được lấp đầy với cát thô và cũng được trồng sậy.
Giai đoạn 3: kết hợp cả hai công nghệ và bao gồm cả 2 ô đất ngập nước dòng chảy ngang, theo sau là một ô lọc sinh học với kích thước 4,5m×4,5m×1,3m, được lấp đầy với các lớp khác nhau của sỏi, cát thô và trồng sậy.
Tất cả các ô đất lọc sinh học đã được tăng gấp đôi lớp lót bằng cách sử dụng một loại vật liệu tổng hợp. Các đường ống dạng hình chữ O lớn được đặt xung quanh các ô đất để thu bất kỳ chất lỏng nào. Các ống này được kết nối với một thùng nhựa 200 lít, thùng đựng nước thải được trang bị với nắp đậy và nhà vận hành máy bơm bằng tay.
Mỗi ô đất lọc sinh học được phân chia điều hành các ống thu nước trong mùa hè và mùa đông riêng biệt. Các ống thu nước trong mùa đông đã được đặt bên trên lớp cát, trong một lớp sỏi thô sạch, sâu 15 cm. Bao gồm ống cứng PVC 7,5 cm chạy ngang theo chiều rộng của ô đất nối với sáu ống PVC cách đều nhau đường kính 2,5 cm chạy dọc theo chiều dài của ô đất. Mỗi một ống d = 2,5 cm được đục lỗ và được bao quanh bởi một ống d = 7,5 cm nhựa PVC để tránh tắc nghẽn sau đó thêm 15 cm lớp cát thô sạch nằm trên sỏi. Những ống thu vào mùa hè được đặt trực tiếp trên bề mặt và giống với những ống trong mùa đông nhưng khác là chúng không cần một đường ống bên ngoài bảo vệ. Nước rỉ rác được thu ở dưới cùng của mỗi ô trong đường ống d = 15 cm, dạng hình chữ O được đặt trong một mô hình ngoằn ngoèo dọc theo đáy của ô đất. Một đầu của đường ống được kết nối với một thùng máy bơm nước rỉ rác được lưu trữ trước khi được bơm vào ô kế tiếp. Một máy bơm chìm đặt tại mỗi thùng bơm được điều hành bởi các phương tiện của một hệ thống nổi.
Các cây cỏ nến (Typha sp.) và lau sậy thông thường (Phragmites sp.) đã được đặt trong mỗi ô đất với tỷ lệ khoảng ba cỏ nến, một cây sậy. Những loài này đã được lựa chọn bởi vì họ là cây lâu năm, sinh sản tốt, đã được chứng minh hiệu suất tốt trong xây dựng đất ngập nước.
Nhận xét:
Nghiên cứu thí điểm cho vị trí A đã được hoạt động 10 tháng, bắt đầu từ tháng 9 năm 2003. Với diện tích bãi rác là 11 ha, trung bình mỗi ngày tạo ra khoảng 35 m3
nước rác. Hệ thống đất ngập nước được xây dựng với tổng diện tích là 75m2
.
Ưu điểm: Kết quả từ nghiên cứu đã chứng minh việc loại bỏ rất thành công BOD (Giá trị TB dòng vào = 30 mg/L, Giá trị trung bình dòng thải = 3,6 mg /L) và NH3-N (Giá trị trung bình dòng vào = 211 mg/L, dòng thải = 3,4 mg/L) sau khi thích nghi với điều kiện khí hậu, loại bỏ hoàn toàn sắt (Giá trị trung bình dòng vào = 35 mg/L, dòng ra = 0,16 mg/L) và phốt pho (Giá trị TB dòng vào = 0,4 mg/L, dòng ra = không phát hiện), và loại bỏ tốt TSS (Giá trị TB dòng vào = 89 mg/L, dòng ra = 13 mg/L).
Nhược điểm: Tắc nghẽn bề mặt là do lắng đọng một lớp bề mặt mỏng của sắt và mangan kết tủa. Điều này dẫn đến tạo thành các hồ nước nhỏ, ngăn cản sự khuếch tán oxy vào dưới bề mặt do đó hạn chế khả năng xử lý ưa khí.
* Hệ thống 2: Xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp rác thải đô thị bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo và quay vòng nước rác để trồng cây trên bãi rác
(M.Zupancic Justin, 2005)
Có nhiều kinh nghiệm sử dụng các vùng đất ngập nước để xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp rác thải đô thị ở Slovenia. Trong tổng số 53 bãi rác có 3 bãi rác được giám sát trong thời gian dài hơn đó là: vùng đất ngập nước Ljubevč nằm ở phần phía tây của Slovenia, đất ngập nước Dragonja ở bên cạnh bờ biển Adriatic ở phần phía Tây nam và vùng đất ngập nước Barje ở bãi rác đã đóng cửa của thành phố (trung tâm) của Slovenia. Những hệ thống đất ngập nước này là những hệ thống thí điểm bằng cách kết nối các ô đất không thấm nước, chứa đầy hỗn hợp cát, sỏi và vật liệu than bùn với lưu lượng nước dưới bề mặt ngang (Bảng 3.1).
Hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được sử dụng với chi phí thấp để xử lý với các quá trình lắng, lọc, hấp phụ, phân hủy vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí và đồng hóa vào thực vật.
Bảng 3.1. Đặc điểm chung của đất ngập nƣớc nhân tạo cho xử lý nƣớc rỉ rác tại Slovenia Tên bãi rác Thời gian quan trắc Diện tích bãi chôn lấp (ha) Tốc độ thủy lực (cm/d) Diện tích vùng đất ngập nƣớc(m2 ) Số ô đất ngập nƣớc Thực vật dùng để xử lý Ljubevč 1996-2000 1,2 4,6 215 2 Sậy Dragonja 1992-1999 1,6 1,5 – 4,5 450 2 Sậy Barje 1996-2000 40 0,5 311 3 Sậy và cỏ nến Nhận xét:
Bảng 3.2. Thành phần nƣớc rỉ rác với các giá trị trung bình cho các thông số chính theo dõi trong dòng vào (I) và thoát ra (O) của ba hệ thống đất ngập nƣớc nhân tạo trong thời gian nghiên cứu tại Slovenia
(1- DDN Ljubevč, 2 -DDN Dragonja, 3 -DDN Barje). Đơn vị (mg/L)
Fe BOD5 NH3-N P 1 I 66,1 4600 275 6,9 O 20,0 2218 151 2,6 2 I 4,5 113 359 2,3 O 3,7 39 93 0,5 3 I 2,5 95 536 2,3 O 0,7 34 271 1.4
Khả năng loại bỏ BOD và NH3-N nhìn chung khá tốt khi nồng độ đầu vào lớn, nhưng loại bỏ photpho và sắt chưa đạt hiệu quả rõ.
* Hệ thống 3: Xử lý nước rò rỉ bãi rác với cỏ Vetiver
- Bãi rác Stotts Creek ở Ốxtrâylia (Ian Percy, Paul Trương, 2003) là nơi chứa chất thải chủ yếu của Shire Tweed, nhận chất thải từ cả hai thị trấn Tweed Heads và Murwillumbah và các khu vực chính phủ địa phương lân cận. Xử lý nước rỉ rác là một mối quan tâm lớn của Shire như là các bãi rác gần khu vực nông nghiệp. Hệ thống xử lý nước rỉ rác với hiệu quả cao và chi phí thấp là cần thiết, đặc biệt là trong mùa hè lượng mưa lớn.
Cỏ vetiver khả năng hấp thu chất dinh dưỡng và nước cao, và giảm nhẹ nồng độ kim loại nặng và các điều kiện bất lợi khác; rất thích hợp cho xử lý nước thải và nước rỉ rác .
Chất lượng nước rỉ rác tại bãi rác Stotts Creek là chứa hàm lượng các kim loại nặng nhưng tương đối cao lượng muối và chất dinh dưỡng. Hiện nay nước rỉ rác và dòng chảy tràn bề mặt được lưu trữ trong các ao nuôi ở chân đồi.
Trong mùa khô, nước rỉ rác được tưới lên trên bãi chất thải, nơi mà nó bay hơi vào khí quyển. Trong thời gian mưa lớn nước rỉ rác tràn vào hệ thống các vùng đất ngập nước và sau đó qua một con kênh địa phương .
Sau khi phủ kín bề mặt bãi rác, cỏ vetiver được trồng trên và tưới bằng nước rỉ rác từ các ao thu. Vì vậy, đến nay diện tích 3,5 ha đã được trồng với cỏ vetiver và diện tích đất sẽ được mở rộng khoảng 6 ha trong tổng số vào cuối năm 2003.
Khi chiều cao thiết kế đã đạt được, trên bề mặt bãi rác được phủ một lớp dày đất sét không thấm nước và sau đó lớp phủ lớp đất mặt và hữu cơ. Diện tích trồng bao gồm một đoạn ngắn dốc về phía Bắc (100 m), độ dốc khoảng 15% và 300 m về phía Nam với độ dốc 10%, nước từ hai sườn núi chảy ra một khu vực bằng phẳng sẽ được thu đến các ao lưu trữ.
Mật độ trồng tổng thể là 5 cây/m2. Do sự khác nhau về mức độ dinh dưỡng của nước rỉ rác, lượng amoni photphat đã được cây sử dụng ở mức 500 kg /ha trồng.
Nhận xét:
Cỏ vetiver có tỷ lệ sử dụng nước cao nhất so với thực vật đất ngập nước khác như Iris pseudacorus, Typha spp, Schoenoplectus validus, và Phragmites australis. Tại mức tiêu thụ trung bình tỷ lệ 600 mL /ngày/ trong thời gian 60 ngày, cỏ vetiver được sử dụng nước nhiều hơn 7,5 lần so với Typha.
Ước tính cho 1 kg sinh khối khô, cỏ vetiver sẽ sử dụng 6,86 L/ngày. Với các điều kiện phát triển thuận lợi , cỏ trưởng thành vetiver được dự kiến sẽ mang lại 41 tấn/ha/3tháng
Hệ thống thủy lợi được sử dụng ngay lập tức sau khi trồng mỗi ngày. Hệ thống này có khả năng cung cấp 1300 L/phút .
* Bãi rác Trung Quốc (Ian Percy, Paul Trương, 2003)
Bãi chôn lấp Datianshan thuộc tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc, được xây dựng vào năm 1985, có diện tích bề mặt trên 23 ha và hiện có 2500 tấn rác thải một ngày từ thành phố Quảng Châu. Bãi rác này được xây dựng ở gần thung lũng, nơi hai đất bức tường được xây dựng trên bề mặt thung lũng với đá và đất sét nhưng chúng lại không được xây dựng đúng như theo thiết kế. Rác thải thành phố sau đó đã được nén vào không gian giữa hai bức tường . Khi rác đạt cao vài mét, bề mặt được bao phủ đất sau đó với các tấm nhựa lớn phủ lên toàn bộ bề mặt. Khi không gian được lấp đầy hoàn toàn bởi các chất thải hai bức tường lại được được nâng lên. Các bức tường là cao 75 m và dài 100 m, trong đó có áp suất rất cao gây ra bởi số lượng rác lớn và sức nặng của máy móc làm việc trên lớp bề mặt . Kết quả là, số lượng lớn của nước rỉ rác thấm qua tường gây trượt và xói mòn trong mùa mưa. Cỏ Vetiver được trồng vào tháng 11 năm 2000 để ổn định tường đập và giảm rò rỉ. Mặc dù đất rất
nghèo (đá nghiền nát, nén chặt và cực kỳ nghèo các chất dinh dưỡng) vetiver được trồng và nó không chỉ thành công trong việc ổn định tường đập, nó cũng đã hấp thu nước rỉ rác. Cỏ Vetiver cũng đã tăng trưởng tốt trên các cạnh của bể nước rỉ rác có độc tính cao.
Kết quả cho thấy khi trồng 3,5 ha cỏ Vetiver có thể xử lý được 4 triệu lít nước rỉ rác trong mùa hè và 2 triệu lít trong mùa đông.
Nhận xét:
Cỏ Vetiver phát triển tốt trong môi trường nghèo chất dinh dưỡng và độc tính cao. Hiệu suất xử lý của cỏ tốt hơn vào mùa hè, gấp 2 lần so với mùa đông.
* Ở Việt Nam
Tại bãi chôn lấp Gò Cát (Tp Hồ Chí Minh), mặc dù đã có 2 trạm xử lý nước rỉ rác đang hoạt động là trạm xử lý theo công nghệ Hà Lan và trạm xử lý của Công ty Seen VN nhưng công suất hoạt động không ổn định. Hằng năm, cứ vào mùa mưa, lượng nước rỉ rác bị thừa do không xử lý kịp lên tới hàng trăm mét khối/ngày.
Lượng nước rỉ rác thừa này đã phải dùng tới hàng chục xe bồn chuyên chở đi nơi khác. Không chỉ ở Gò Cát, các bãi chôn lấp khác như Đông Thạnh, Phước Hiệp... cũng đã được triển khai nhiều công trình xử lý nước rỉ rác. Tuy