Bài giảng Bãi lọc trồng cây, phần 3: Nguyên tắc thiết kế

Bãi lọc trồng cây, phần 3 Nguyên tắc thiết kế Karin Tonderski, Linkoeping University Các đặc điểm chung của bãi lọc trồng cây ngập nước (FWS) và bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm (SSF) Nhu cầu năng lượng thấp (lấy từ NL mặt trời) Yêu cầu diện tích lớn hơn so với HT thông thường Dễ XD và bảo dưỡng Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp Chịu được thay đổi tải trọng Có giá trị thẩm mỹ và sinh học Có thể áp dụng để xử lý nước thải, nước xám, NT CN hay nước mưa Lựa chọn giữa FWS và SSF FWS Diện tích 10-20 m2/người để XL bậc 2 Dễ XD, chủ yếu là đào đắp đất XL sơ bộ trong hồ lắng, bể tự hoại hay bể lắng 2 vỏ Vệ sinh: VK, muỗi Lấy bùn, Thu hoạch cây SSF Diện tích 2-5 m2/người để XL bậc 2 Có thể cần có thêm đất XL sơ bộ trong bể tự hoại hay bể lắng 2 vỏ Rủi ro về mặt VS thấp Phải làm sạch ống phân phối thường xuyên Có thể cần bơm Nên chọn SSF khi diện tích đất hạn chế Để xử lý nước xám, nên dùng SSF; lượng bốc hơi ít hơn Khi yêu cầu mức độ xử lý cao, nên chọn hệ thống kết hợp (với dòng chảy thẳng đứng) Để XL bậc 3, nên chọn FWS – Rủi ro từ muỗi hạn chế việc áp dụng chúng cho XL bậc 2 ở khu vực đô thị. Cần tiếp tục NC. Lựa chọn giữa FWS và SSF SSF dòng chảy ngang và dòng chảy thẳng đứng Cả 2 loại bỏ được BOD & TSS SSF dòng chảy ngang có lượng oxy hoà tan thấp nên không Nitrat hoá được NT sau xử lý bậc 2 SSF dòng chảy thẳng đứng: hiếu khí, thích hợp cho Nitrat hoá Loại bỏ P phụ thuộc vào thành phần hoá học và kích thước hạt dùng làm vật liệu trong bãi lọc Thông thường, CW được thiết kế theo mức độ phản ứng trong mô hình dòng chảy đẩy C*=nồng độ nền, mg/Lq=tải trọng thuỷ lực, m/năm, k=hằng số tốc độ phản ứng m/năm Chú ý: Không xảy ra chế độ dòng chảy đẩy tối ưu trong CW. Đây là sự đơn giản hoá để thiết kế Cấu trúc SSF CW dòng chảy đứng điển hình Sử dụng một cỡ hạt hay cấp phối; dòng vào không liên tục giúp cho phân phối đều nước Cấu trúc SSF CW dòng chảy ngang điển hình Thiết kế SSF dòng chảy ngang, mô hình của Anh Diện tích: kBOD  0.1 với XL bậc 2  0.35 với XL bậc 3 Châu Âu: (1 DSTĐ = 65 g BOD5/ng, 200 l/ng): Ah = 5 m2/DS TĐ với XL bậc 2 Ah =0.7 – 1.0 m2/ DS TĐ với XL bậc 3 kBOD phụ thuộc nhiệt độ BOD5 KT = k20 (T-20)  = 1.1 Không có hiệu chỉnh theo nhiệt độ với TSS và tot-P SSF dòng chảy ngang: hình dạng bãi lọc được xác định bởi độ thấm của vật liệu được sử dụng Af = diện tích mặt cắt ngang bãi lọc, m2 Qs = lưu lượng dòng chảy trung bình, m3/s Kf = độ dẫn thuỷ lực của vật liệu lọc, m/s dH/ds = độ dốc bãi lọc, m/m. Thường lấy 0.01 Độ sâu thường bằng 0.6 m Độ dẫn thuỷ lực của các loại vật liệu lọc khác nhau Với vật liệu là sỏi lẫn cát, độ dốc 1%, độ sâu bãi lọc 0.6 m và 200 l/(ng*ngđ): chiều rộng bãi lọc yêu cầu: 3.5 m/người Inflow Screens Imhoff tank Kolodeje, Czech Rep. Vegetated bed Outflow 6/1998, Đầu ra sau lô thứ nhất XD sao cho thuận tiện khi bảo dưỡng, SSF dòng chảy ngang Tiếp cận tới bể tự hoại hay bể lắng 2 vỏ dễ dàng để lấy bùn Trồng cây cẩn thận để tránh phải trồng lại Đầu ra linh hoạt để chỉnh được mực nước trong bãi lọc – ban đầu giữ nước ngập để trồng cây và ngăn cỏ dại mọc Đầu dẫn NT vào phải được thiết kế để dễ làm sạch Nguyên tắc thiết kế bãi lọc trồng cây ngập nước Mực nước nông (0.5 m) để oxy thâm nhập vào nước Chất rắn lắng được trong cả cùng nước sâu đầu bãi hay nơi cây mọc Các vùng nước sâu lặp lại (> 1 m) bố trí vuông góc với dòng chảy để phân bổ lại dòng Thường nông, trồng thực vật nhô lên mặt nước trước đầu ra Các hằng số diện tích bậc 1 cho bãi lọc trồng cây ngập nước trên thế giới BOD5 k = 34 m/ năm 9 – 94 Phosphorus k = 12 m/năm 2.4 – 23.4 q = 2 – 200 mm /ngày Nitrogen k = 22 m/năm 0.56 – 50.1 Sử dụng k, biết lưu lượng, có thể tính diện tích: A = Q/q Nhân với hệ số dự trữ 1.3 Phải hiệu chỉnh hệ số k theo nhiệt độ Total N KT = k20 (T-20)  = 1.05 – 1.08 BOD7 KT = k20 (T-20)  = 1 – 1.1 Total P – không hiệu chỉnh Mức độ phản ứng bậc 1 thay đổi theo nhiệt độ, Cout = Cin e(-k/q) với tot-N r2 = 0. 74 hằng số tốc độ k20 = 35 m/năm Hiệu chỉnh nhiệt độ  = 1.08 Thiết kế hình dạng không tốt sẽ giảm hiệu quả về mặt thuỷ lực, và do vậy giảm hiệu suất xử lý Nguy cơ có những ”vùng chết ”, nước sẽ chuyển theo các kênh xuyên qua wetland Thiết kế FWS Hiệu quả về mặt thuỷ lực Định nghĩa:tỷ số giữa thời gian của dòng chảy đầu ra lớn nhất (đo bằng đánh dấu hay pha màu) và thời gian lưu nước trung bình Hiệu suất làm việc: Hiệu quả thuỷ lực kém A, B, C, D, I, H, K, O Hiệu quả thuỷ lực đạt yêu cầuP, Q Hiệu quả thuỷ lực tốt E, G, J Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thuỷ lực kém Bố trí mặt bằng không phù hợp: Hiệu quả thuỷ lực: các đảo, ... Hình dạng không thuận lợi Có các dòng chảy ‘’ ưu tiên’’ trong công trình (thiết kế vị trí đầu vào, ra không đúng) Trồng cây dọc theo hướng đầu vào - đầu ra chứ không bố trí vuông góc hướng đó Hiệu ứng xáo trộn và nước lưu lại ở 1 tầng Ví dụ Ví dụ XD nhằm vận hành bảo dưỡng dễ dàng, FWS Đầu vào với hố lắng sâu hơn Dễ tiếp cận tới đầu vào đề lấy bùn khi cần Thiết kế hình dạng sao cho dễ thu hoạch cây Đầu ra linh hoạt để cho phép xả nước từ ô khi thu hoạch Trồng các loại cây dự kiến từ đầu Tránh ngập để chống muỗi FWS trồng cây sậy, Phragmites australis, XLNT sau bể tự hoại. 1000 m2 cho 50 người (Qd =10 m3/d)