Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông, ứng dụng cho sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Đỗ Thị Hiền

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Đỗ Thị Hiền

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Lê Thị Trinh

PGS.TS. Trần Hồng Côn

Hà Nội, 2016

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS.

Trần Hồng Côn đã tin tưởng giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong

suốt quá trình học tập, nghiên cứu làm luận văn.

Em xin được gửi lời biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS. Lê Thị Trinh, Khoa

Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Cô đã tận tình giúp

đỡ, dạy bảo và hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo là cán bộ quản

lý tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi

trường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

của mình.

Đồng thời em xin gửi lời cám ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa Hóa học,

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, người thân trong gia đình, bạn bè

và các anh, chị đồng nghiệp đã truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và ủng hộ em trong

suốt thời gian qua.

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên cao học

Đỗ Thị Hiền

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ......................................................................................... 3

1.1. Khả năng tự làm sạch của nguồn nước ................................................................. 3

1.1.1. Giới thiệu chung về khả năng tự làm sạch của nguồn nước ...................... 3

1.1.2. Các quá trình xảy ra khi nước tự làm sạch ................................................. 3

1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước ............ 7

1.2. Khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước .................................................... 16

1.2.1. Khái niệm khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước ........................ 16

1.2.2. Các yếu tố tác động đến khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước .. 17

1.3. Tổng quan về phương pháp, mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch và khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước ........................................................... 17

1.3.1. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên khoảng cách từ nguồn thải ........................................................................................................... 17

1.3.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô nhiễm .................................................................................................................. 18

1.3.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước bằng phương pháp mô hình hóa .............................................................................................................. 19

1.3.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước theo thông tư số 02/2009/TT-BTNMT ......................................................................................... 20

1.3. Tổng quan về sông Nhuệ .................................................................................... 23

1.3.1. Giới thiệu chung về sông Nhuệ ................................................................ 23

1.3.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ ................................................... 25

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 28

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 28

2.2. Cách tiếp cận ....................................................................................................... 28

2.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ....................................................................... 28

2.3.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 28

2.3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 29

2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 29

2.5. Thực nghiệm ....................................................................................................... 29

2.5.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu ................................................................. 33

2.5.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông trong mô hình ................ 35

2.5.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông Nhuệ bằng mô hình ..................................................................................................................... 36

2.5.6. Phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước ............................ 40

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 42

3.1. Kết quả đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ và khảo sát quá trình tự làm sạch theo khoảng cách từ nguồn thải ................................................................................. 42

3.2.1. Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình ............ 44

3.2.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch đối với các thông số ............................... 47

3.3. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông Nhuệ trong mô hình ...................................................................................................................... 54

3.3.1. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls/2 ....... 55

3.3.2. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls ........... 56

3.3.3. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 2Lls ......... 58

3.3.4. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 10Lls ....... 59

3.3.5. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 50Lls ....... 60

3.3.6. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 100Lls ..... 61

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 66

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 69

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1. Các vị trí lấy mẫu khảo sát ........................................................................... 30

Bảng 2.2. Mô tả các điều kiện lấy mẫu khảo sát chất lượng nước sông Nhuệ ............. 32

Bảng 2.3. Ký hiệu các vị trí lấy mẫu tại mô hình ......................................................... 34

Bảng 2.4. Thiết bị đo đạc các thông số đo nhanh ......................................................... 40

Bảng 2.5. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong Phòng thí nghiệm ....................... 41

Bảng 3.1. Kết quả phân tích chất lượng nước sông Nhuệ............................................. 42

Bảng 3.2. Khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ trên một đơn vị chiều dài qua 4 đợt quan trắc ........................................................................................................................ 43

Bảng 3.3. Kết quả phân tích COD................................................................................. 47

Bảng 3.4.Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số COD ............................ 49 + .............................................................. 49 Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm lượng NH4 + ........................... 51 Bảng 3.6. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số NH4 - ............................................................... 51 Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng NO3 Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng tổng P ............................................................ 53

Bảng 3.9. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số tổng P ......................... 54

Bảng 3.10. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls/2.......................................................................................................................... 55 Bảng 3.11. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls ............................................................................................................................. 56 Bảng 3.12. Khả năng tiếp nhận của nước sông khi giá trị thêm a = Lls ........................ 57 Bảng 3.13. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm 2Lls ................................................................................................................................. 59 Bảng 3.14. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm 10Lls ............................................................................................................................... 59 Bảng 3.15. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm 50Lls ............................................................................................................................... 60 Bảng 3.16. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm 100Lls ............................................................................................................................. 61 Bảng 1. Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông ................................................................................... 70

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1. Phân chia các vùng của dòng chảy theo khả năng tự làm sạch của nguồn nước ................................................................................................................................. 7

Hình 1.2. Sự thay đổi DO theo khoảng cách về phía hạ lưu tính từ điểm nhận nước thải ......................................................................................................................................... 9

Hình 1.3. Mối quan hệ giữa nồng độ DO và số vi sinh vật ở các vùng khác nhau ......... 9

Hình 1.4. Độ hoà tan oxy trong nước ở các nhiệt độ khác nhau ................................... 14

Hình 1.5. Sự hoà tan oxy trong dòng chảy rối .............................................................. 15

Hình 1.6. Sự hoà tan oxy trong dòng chảy chậm .......................................................... 15

Hình 1.7. Đường cong diễn biến DO điển hình ............................................................ 20

Hình 1.8. Bản đồ lưu vực sông Nhuệ - Đáy trên địa bàn Hà Nội ................................. 25

Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu ....................................................................................... 31

Hình 2.2. Cống thải ngay trước vị trí SN1 .................................................................... 31

Hình 2.3. Sơ đồ các mô hình thí nghiệm đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông trong phòng thí nghiệm ................................................................................................. 33

Hình 2.4. Hình ảnh mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông trong phòng thí nghiệm ...................................................................................................................... 33

Hình 2.5. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tự làm sạch bằng mô hình 36

Hình 2.6. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm bằng mô hình .......................................................................................................................... 40

Hình 3.1. Diễn biến thông số nhiệt độ .......................................................................... 45

Hình 3.2. Diễn biến thông số pH................................................................................... 45

Hình 3.3. Diễn biến thông số DO .................................................................................. 46

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của thông số COD ........................................... 48 + ............................................................................... 50 Hình 3.5. Diễn biến thông số NH4 - ............................................................................... 52 Hình 3.6. Diễn biến thông số NO3 Hình 3.7. Diễn biến thông số tổng P ............................................................................. 53 Hình 1.a. Sông Nhuệ tại vị trí SN1 ngày 21/3/2016 ..................................................... 72

Hình 1.b. Sông Nhuệ tại vị trí SN2 ngày 21/3/2016 ..................................................... 72 Hình 2. Hình ảnh của mẫu nước nghiên cứu trong các cột ........................................... 72 Hình 3. Các mẫu nước lấy từ mô hình sau 3 ngày tự làm sạch..................................... 72 Hình 4.a. Mẫu nước ở 3 cột trước khi bắt đầu thêm nước thải giả định ....................... 72 Hình 4.b. Mẫu nước ở 3 cột sau khi thêm nước thải giả định a = 100Lls .................... 72

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

: Nhu cầu oxy sinh hóa BOD

: Benzen hecxa clorua BHC

: Nhu cầy oxy hóa học COD

: Khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều dài CSUL

: Diclo diphenyl tricloetan DDT

: Oxy hòa tan trong nước DO

: Lượng oxy hão hòa trong nước DObh

: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN

: Quy chuẩn cho phép QCCP

: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN

: Tổng nitơ TN

: Tổng photpho TP

MỞ ĐẦU

Sông, hồ là những công trình thiên nhiên hoặc nhân tạo, là nguồn cung cấp nước

mặt, đồng thời là nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt, công nghiệp… Ở những

điều kiện bình thường, trong nguồn nước sẽ diễn ra một chu trình kín của sự cân bằng

giữa sự sống của các loài động thực vật và vi sinh vật. Sự sống của chúng có quan hệ

tương hỗ với nhau. Khi nguồn nước bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và công nghiệp

sẽ tạo thành một dư lượng chất gây phá vỡ chu trình. Tuy nhiên, sau một khoảng cách

nào đó từ nguồn ô nhiễm tùy thuộc lượng các chất ô nhiễm, lưu lượng nước nguồn,…

những chu trình bình thường sẽ được phục hồi trở lại. Sự phục hồi này gọi là sự tự làm

sạch.

Mỗi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch của nó. Ví dụ như khi một dòng

sông bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ nó sẽ khôi phục lại trạng thái sạch ban đầu bởi các

quá trình tự nhiên như hiện tượng pha loãng, lắng cặn, quá trình khử chất ô nhiễm bởi

sinh vật. Tuy nhiên, hiện nay hầu hết các nguồn nước mặt như sông ngòi đều đang phải

“oằn mình” gánh chịu vô số các nguồn thải khác nhau được đổ xuống làm cho dòng

sông ngày càng bị ô nhiễm. Trong số đó không thể không nhắc tới sông Nhuệ, một con

sông điển hình về mức độ ô nhiễm mà hầu hết mọi người đều biết đến.

Sông Nhuệ là một phụ lưu của sông Đáy. Sông dài khoảng 76 km, chảy qua địa

phận thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam. Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh

tế - xã hội trên sông Nhuệ diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích kinh tế góp phần

nâng cao đời sống cho người dân. Tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình

trạng ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng trên sông Nhuệ

ngày càng gia tăng, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cho cộng đồng dân cư sống quanh

vùng.

Sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội là nơi tiếp nhận nước thải sinh

hoạt, nước thải làng nghề tại các vùng ven sông. Bên cạnh đó, tình trạng đổ phế thải,

1

rác thải xuống sông còn phổ biến. Chính vì luôn phải tiếp nhận lượng chất thải quá lớn

nên dòng sông đã bị ô nhiễm nghiêm trọng.

Nghiên cứu khả năng tự làm sạch của nguồn nước là một trong những cơ sở

khoa học để đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm, từ đó đưa ra các biện pháp phù

hợp nhằm kiểm soát và xử lý ô nhiễm nguồn nước. Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng

tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch

của nước sông, ứng dụng cho sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội”. Đây

là kết quả nghiên cứu ban đầu, mang tính thăm dò và định hướng thông qua những thử

nghiệm ở điều kiện đơn giản. Để có cơ sở khoa học thực hiện các nghiên cứu tiếp theo

ở mức độ sâu hơn và hoàn thiện hơn.

2

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1. Khả năng tự làm sạch của nguồn nước

1.1.1. Giới thiệu chung về khả năng tự làm sạch của nguồn nước

Nước thải được pha loãng với nguồn nước tiếp nhận đến một khoảng nào đó thì

được xáo trộn hoàn toàn với nước nguồn. Ở những điều kiện bình thường, trong nguồn

nước sẽ diễn ra một chu trình kín thiết lập sự cân bằng giữa sự sống của các loài động

thực vật và vi sinh vật.

Khi nguồn nước bị ô nhiễm bởi các hoạt động do con người tạo ra hoặc do tự

nhiên, hàm lượng các chất hóa học trong nước tăng, tạo thành lượng dư chất phá vỡ các

chu trình chuyển hóa tự nhiên. Sự ô nhiễm quá mức sẽ phá vỡ các cân bằng của sinh

vật, sự hòa tan oxy... Tuy nhiên, tiếp theo một khoảng cách nào đó về hạ nguồn, tùy

thuộc nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước, lưu lượng nước nguồn, các điều kiện

thuỷ động lực của dòng chảy,..., những chu trình bình thường sẽ được phục hồi trở lại.

Có thể nói, tự làm sạch là tổ hợp các quá trình tự nhiên như: vật lý, hóa học,

sinh học,... diễn ra trong sông hồ bị nhiễm bẩn từ các nguồn ô nhiễm và từ đó nguồn

nước có thể phục hồi trạng thái (thành phần và tính chất) ban đầu [1,25].

1.1.2. Các quá trình xảy ra khi nước tự làm sạch

Tự làm sạch bao gồm hai quá trình cơ bản: Quá trình pha loãng nguồn thải với

nguồn nước tiếp nhận và quá trình chuyển hoá chất bẩn theo thời gian. Hai quá trình

này diễn ra đồng thời nhưng cường độ của chúng phụ thuộc vào vị trí, tính chất của

nguồn thải, các yếu tố thuỷ động học dòng chảy như vận tốc, mực nước, lưu lượng, hệ

số nhám, hệ số khuếch tán rối, hình thái sông hồ, độ khúc khuỷu của dòng chảy và các

điều kiện môi trường khác.

- Quá trình pha loãng nguồn thải với nguồn nước tiếp nhận:

3

Đây là một trong những yếu tố chính làm giảm nồng độ chất bẩn khi xả vào

nguồn nước. Trong quá trình pha loãng, tổng lượng chất bẩn được coi như không thay

đổi cho cả trường hợp chất ô nhiễm bền vững và không bền vững.

Đối với các nguồn tiếp nhận nước thải (sông, hồ), quá trình xáo trộn và pha

loãng của nguồn tiếp nhận và nguồn thải có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ nguồn

nước:

+ Giảm được nồng độ chất ô nhiễm tại các điểm cục bộ trong sông hồ;

+ Phân bố đều tải trọng chất ô nhiễm trong toàn bộ dung tích nước nên tăng

cường được quá trình tự làm sạch (phân bố tải trọng chất ô nhiễm cho vi sinh vật);

+ Do giảm được tải lượng chất bẩn cục bộ, phù hợp với khả năng tự điều chỉnh

của hệ sinh thái vực nước nên độ ổn định của hệ được bảo đảm;

+ Dựa vào số lần pha loãng nước nguồn với nước thải, chúng ta có thể xác định

được mức độ xử lý nước thải cần thiết và thiết lập được các biện pháp bảo vệ sông hồ

khác.

- Quá trình chuyển hoá chất bẩn theo thời gian:

Các quá trình hoá lý và sinh hoá diễn ra theo xu hướng làm giảm nồng độ chất

bẩn theo các quá trình oxy hóa sinh hoá các chất hữu cơ, lắng đọng chất lơ lửng, hấp

thụ chất ô nhiễm, và tích tụ sinh học các chất bẩn không hoà tan trong chuỗi thức ăn,

tái xâm nhập chất bẩn từ trầm tích vào nước… Kết quả cuối cùng của các quá trình này

là phục hồi một phần hoặc toàn bộ trạng thái ban đầu của nguồn nước.

Dưới đây là các quá trình chuyển hóa thường diễn ra trong quá trình tự làm sạch

của nguồn nước:

+ Các quá trình oxy hóa sinh hoá các chất bẩn (chủ yếu là chất hữu cơ) trong

nước, trong cặn lơ lửng và trong cặn đáy;

4

+ Các quá trình trực tiếp oxy hóa chất ô nhiễm nhờ oxy hoà tan trong nước hoặc

oxy hóa quang hoá…;

+ Các quá trình hoá lý: hấp thụ, keo tụ, lắng, tạo các chất khó hoà tan, bay hơi,

tạo váng bọt…;

+ Các quá trình dinh dưỡng để tích tụ các chất bẩn và chất độc hại trong chuỗi

thức ăn hoặc bài tiết chúng thành cặn lắng;

+ Các quá trình cạnh tranh sinh học dẫn đến việc tiêu diệt các loại vi khuẩn gây

bệnh và vi sinh vật có hại trong nước.

Tốc độ chuyển hoá chất ô nhiễm trong từng quá trình trên phụ thuộc vào hàng

loạt yếu tố như thành phần và đặc điểm quần xã thuỷ sinh vật trong vực nước, nhiệt độ

nước, độ pH, cường độ ánh sáng, độ sâu lớp nước, thành phần cặn lơ lửng và các chất

hoà tan, đặc điểm bùn đáy,…

Để đơn giản cho việc nghiên cứu, đánh giá quá trình tự làm sạch nguồn nước,

người ta chia ra các vùng làm sạch theo không gian trong dòng chảy sông. Mỗi vùng

được đặc trưng bởi các điều kiện hoá, lý, sinh học mà có thể quan sát kiểm tra đánh giá

được. Các vùng đó là:

- Vùng phân huỷ: Được hình thành ngay sau nguồn nước tiếp nhận nước thải và

được biểu hiện bởi độ đục và màu đen của nước. Ở đây sẽ diễn ra sự phân huỷ kỵ khí; +. Các dạng sinh vật bậc cao, đặc biệt sự tiêu thụ oxy tăng nhanh, xuất hiện CO2 và NH4

là cá sẽ bị chết hoặc là chúng phải rời đi nơi khác. Nấm có thể hình thành và xuất hiện

thành khối màu nâu trắng hoặc màu xám như những chiếc đũa nhỏ và chìm xuống; vi

khuẩn xuất hiện ít hơn nấm. Trong cặn lắng có một loài ấu trùng roi; loài này nuốt cặn

và thải cặn ra ở dạng ổn định và lại được các sinh vật khác sử dụng.

- Vùng phân huỷ mạnh: Vùng này thấy rất rõ khi nước bị ô nhiễm nặng và đặc

trưng bởi sự thiếu hụt oxy hoà tan, diễn ra sự phân huỷ kỵ khí. Các bọt khí và bùn cặn

5

có thể xuất hiện trên mặt nước tạo thành váng màu đen. Nước sẽ có màu xám đen và có

mùi hôi thối của các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn kỵ

khí, nấm hầu như đã biến mất; các loài động vật bậc cao cũng rất ít, chỉ có một ít loài

ấu trùng, côn trùng...

- Vùng phục hồi: Vùng này nhiều chất hữu cơ đã lắng đọng xuống ở dạng cặn.

Cặn bị phân huỷ kỵ khí dưới đáy hoặc trong dòng nước chuyển động. Vì nhu cầu tiêu

+ giảm và oxy hoà tan, NO2

-, NO3

thụ oxy của nước nhỏ hơn tốc độ làm thoáng bề mặt nên tình trạng được cải thiện, - tăng lên. Vi nước được trong hơn. Lượng CO2, NH4

khuẩn có xu hướng giảm về số lượng vì việc cung cấp thức ăn bị giảm, chúng chủ yếu

là loài hiếu khí. Nấm xanh, tảo xuất hiện đã sử dụng các hợp chất chứa nitơ và CO2 rồi

giải phóng oxy giúp cho việc làm thoáng và hoà tan oxy mạnh mẽ hơn. Tiếp theo, nhu

cầu tiêu thụ oxy giảm; các loài khuê tảo cũng ít hơn; xuất hiện các loài nguyên sinh

động vật, nhuyễn thể, các thực vật nước; quần thể cá cũng ổn định dần và tìm thức ăn

trong vùng này.

- Vùng nước trong: Ở đây dòng chảy đã trở lại trạng thái tự nhiên và có các loài

phù du thông thường của nước sạch. Do ảnh hưởng của độ phì dưỡng do ô nhiễm trước

đây cho nên các loài phù du sẽ xuất hiện với số lượng lớn. Nước trở lại trạng thái cân

bằng oxy - lượng oxy hoà tan lớn hơn lượng oxy tiêu thụ - trạng thái ban đầu của nước

đã được phục hồi hoàn toàn.

Trong quá trình phục hồi, coliforms và các sinh vật gây bệnh cũng đã giảm về số

lượng vì môi trường không thuận lợi cho chúng và xuất hiện những sinh vật chủ đạo.

Tuy nhiên một số loài gây bệnh còn tồn tại trong vùng nước trong, do đó có thể nước

vẫn còn bị ô nhiễm bởi vi khuẩn gây bệnh và không thể dùng cho ăn uống, sinh hoạt

nếu không được xử lý.

Khả năng tự làm sạch của nước sẽ diễn ra không đạt kết quả khi trong nước thải

có chứa các chất độc hại đối với sự sống của các sinh vật; quá trình tự làm sạch của

6

nước chỉ diễn ra khi các chất độc hại trong nước bị phân hủy hoặc pha loãng hay lý do

nào khác. Vì vậy cần phải giám sát chặt chẽ hàm lượng các chất độc hại trong nước

thải [11].

Hình 1.1. Phân chia các vùng của dòng chảy theo khả năng tự làm sạch của nguồn

nước

1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước

a. Nồng độ oxy hòa tan

Nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng

đến quá trình tự làm sạch của nước. Nếu trong nước có nồng độ oxy hòa tan lớn (điều

kiện hiếu khí) thì hoạt động của nhóm vi sinh vật hiếu khí được đẩy mạnh, quá trình

phân hủy chất hữu cơ diễn ra nhanh và tạo ra các sản phẩm cuối cùng ít độc hại. Trong

trường hợp này ta có sơ đồ chuyển hóa dưới tác dụng của vi khuẩn [1]:

Cacbon hữu cơ + O2 → CO2

Hydro hữu cơ + O2 → H2O

7

− Nito hữu cơ + O2 → NO3

2−

3−

Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → SO4

Photpho hữu cơ + O2 → PO4

Ngược lại nếu nồng độ oxy hòa tan thấp thì việc phân hủy chất hữu cơ sẽ do

nhóm vi sinh vật yếm khí thực hiện, sản phẩm tạo ra có mùi hôi và có tính độc hại.

Cacbon hữu cơ + O2 → CO2 , CH4

Nito hữu cơ + O2 → NH3

Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → H2S

Photpho hữu cơ + O2 → PH3

Sự thay đổi độ hòa tan oxy vào trong nguồn nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Tùy theo lượng chất hữu có thải ra trong dòng chảy, lượng oxy hòa tan sẽ biến đổi như

biểu đồ trong hình 1.2 [1]:

8

Hình 1.2. Sự thay đổi DO theo khoảng cách về phía hạ lưu tính từ điểm nhận nước thải

Sự thay đổi và mối quan hệ giữa nồng độ DO và số lượng vi sinh vật ở các

vùng nước trong quá trình tự làm sạch được biểu thị trong hình 1.3 [1].

Hình 1.3. Mối quan hệ giữa nồng độ DO và số vi sinh vật ở các vùng khác nhau

Tại điểm xả nước thải, nhu cầu oxy cho việc phân hủy các chất hữu cơ vượt

quá tốc độ hòa tan của oxy từ khí quyển vào nguồn nước, do đó nồng độ oxy hòa tan sẽ

giảm đi và lượng vi sinh vật bắt đầu tăng lên.

Tại một điểm nào đó ở hạ lưu, tốc độ hòa tan oxy khí quyển vào nguồn nước

cân bằng với tốc độ tiêu thụ oxy của vi sinh vật. Sau điểm này, nồng độ oxy hòa tan lại

tăng lên từ từ tới giá trị bão hòa. Do lượng chất hữu cơ trong nước đã bị phân hủy gần

hết và lượng vi sinh vật cũng giảm theo.

b. Loại chất hữu cơ

Tốc độ tự làm sạch của nguồn nước phụ thuộc vào tính chất của chất hữu cơ

gây ô nhiễm. Có những chất hữu cơ dễ dàng bị phân hủy như protein, đường, chất

béo… và cùng có chất khó phân hủy như lignin, xenlulozo… Những chất hợp chất hữu

cơ cơ clo như DDT, BHC (benzen hecxa clorua)… có tính bền sinh học cao nên tồn tại

9

khá lâu trong nước. Các chất mùn là những chất hữu cơ phức tạp rất bền đối với sự

phân hủy sinh học nên thường tồn tại dưới dạng bùn cặn màu đen hay nâu đen [1].

c. Các loài thủy sinh vật

* Thực vật

- Thực vật phù du (tảo) làm giàu oxy trong nước nhờ quá trình quang hợp :

Tảo + ánh sáng

H2O + CO2 tế bào tảo mới + H2O + O2

Oxy hòa tan trong nước cần cho quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm giảm các

nguyên tố dinh dưỡng trong nước. Thực vật phù du còn là nguồn thức ăn cho các loài

sinh vật ăn thực vật. Bên cạnh đó, nhờ các phản ứng xúc tác sinh học có sự tham gia

của tảo mà nhiều chất lắng và khoáng sản được hình thành [3]. Tuy nhiên nếu thực vật

phù du phát triển quá mạnh thì khi chúng chết đi, xác của chúng lại làm nguồn nước bị

nhiễm bẩn.

- Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước và làm giảm lượng các

chất dinh dưỡng, tham gia tích cực vào việc khử các chất độc, dễ tách khỏi bùn nước

[9].

* Vi sinh vật

Vi sinh vật đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ, chúng

có khả năng phân hủy nhiều loại hợp chất hữu cơ, là nguồn thức ăn cho các sinh vật ở

mức tiếp theo. Các chất bẩn hữu cơ ở dạng hòa tan, keo, không hòa tan sẽ bị hấp phụ

lên bề mặt của tế bào vi khuẩn, sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy. Quá trình

này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ men ngoại bào permeaza làm chất

xúc tác. Một phần chất hữu cơ được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn vào bên

10

trong và tiếp tục oxi hóa giải phóng năng lượng để tổng hợp thành tế bào chất, sinh

khối vi sinh vật sẽ tăng lên [17,18].

Vi sinh vật oxi hóa các chất hữu cơ bằng cách hô hấp và lên men.

- Trong điều kiện hiếu khí, các hợp chất hữu cơ đơn giản như các loại đường,

tinh bột, chất béo, protein… cũng như các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp

phức tạp được phân hủy do quá trình hô hấp của vi sinh vật. Quá trình oxy hóa sinh

hóa diễn ra bằng cách sử dụng oxy hòa tan có sẵn trong nước. Quá trình này được gọi

là hô hấp hiếu khí. Các vi sinh vật tham gia được gọi là vi sinh vật hiếu khí.

-

Quá trình hô hấp hiếu khí có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng như sau:

3- + NO3

Chất hữu cơ + O2 tế bào vi khuẩn mới + H2O + CO2 + PO4

- Trong điều kiện oxy hòa tan trong nước không sẵn có, một số vi sinh vật được

gọi là vi sinh vật yếm khí và một số được gọi là vi sinh vật tuỳ nghi sẽ tách oxy trong

liên kết nitrat, nitrit hoặc sunfat để oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Sản phẩm tạo ra từ

- hoặc N2.

quá trình này là các chất mang tính khử như H2S, NO2

- Trong môi trường giàu chất hữu cơ và không có oxy hòa tan, các cơ chất có

thể oxy hóa theo nguyên lý lên men. Vi khuẩn thực hiện quá trình này là các loại vi

khuẩn kỵ khí, các sản phẩm tạo thành là CH4, H2S, axit hữu cơ.

Quá trình lên men kỵ khí gồm bốn giai đoạn:

- Giai đoạn thủy phân: Các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những

chất đơn giản như monosacrit, axit amin… với sự tham gia các men của vi sinh vật.

Các hợp chất đơn giản này là nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật hoạt động.

- Giai đoạn axit hóa: Sản phẩm của giai đoạn thủy phân được vi sinh vật tiếp tục

phân giải thành các axit hữu cơ. Giai đoạn này gọi là giai đoạn lên men axit.

Chất hữu cơ Tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit hữu cơ

11

- Giai đoạn axetat hóa: Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể sử dụng các sản

phẩm của quá trình axit hóa, các chất này cần được phân giải tiếp thành CH3COOH,

H2, CO2.

- + 2H+ + 3H2

CH3CH2COO- + 3H2O CH3COO- + HCO3

CH3(CH2)2COO- + 2H2O CH3COO- + 2H+ + 2H2

- Giai đoạn sinh metan: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men kỵ

khí. Ở đây, những vi sinh vật sinh metan đóng vai trò chủ yếu. Những vi sinh vật này

bao gồm:

Nhóm 1: Loại vi sinh vật Hidrogenotrophe methanogen sử dụng H2 và CO2.

Lượng metan tạo ra khoảng 30%.

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Nhóm 2: Loại vi sinh vật Acetotrophe methanogen chuyển hóa axit axetic thành

CH4 và CO2. Khoảng 70% lượng metan được tạo ra.

CH3COOH CH4 + CO2

Nhóm 3: Loại vi sinh vật Methylotrophe methanogen phân giải các chất chứa

nhóm metyl. Một lượng CH4 không đáng kể được tạo thành:

CH3OH + H2 3CH4 + CO2 + 2H2O

Nhóm 4: Một số loại vi sinh vật khác có khả năng sử dụng các axit hữu cơ như

axit propionic:

4CH3CH2COOH + 2H2O 4CH3COOH + 2CO2 + 2CH4

Giai đoạn sinh metan xảy ra chậm, năng lượng giải phóng thấp.

Như vậy, thông qua hoạt động của vi sinh vật, quá trình tự làm sạch của nguồn

nước diễn ra nhưng đồng thời, hàm lượng oxy hòa tan trong nước sẽ giảm đi. Do đó,

12

quá trình tự làm sạch có mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng oxy hòa tan. Và hàm

lượng oxy hòa tan cũng là một thông số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước,

ảnh hưởng đến nhiều quá trình khác nhau trong môi trường nước.

* Động vật

Động vật phù du ăn thực vật và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình

phân hủy các chất hữu cơ. Nhiều loại động vật có thể tách các chất lơ lửng và làm cho

nước trong. Chúng làm giảm hàm lượng oxy trong nước do hô hấp cũng như do chúng

ăn thực vật phù du. Chúng làm xáo trộn nước và hấp thụ các sinh vật gây bệnh, có thể

khử trùng trong nước.

d. Các chất độc

Sự có mặt của các chất độc (kim loại nặng, cyanua, phenol…) sẽ làm giảm khả

năng tự làm sạch của dòng chảy do chúng tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của các vi

sinh vật. Tác hại của chất độc trong trường hợp này phụ thuộc vào bản chất của chất

độc và nồng độ của nó trong nước.

e. Sự pha loãng

Khi chất bẩn được xả vào dòng chảy thì sự pha loãng có vai trò quan trọng trong

việc làm giảm mức độ ô nhiễm tạo điều kiện cho quá trình hoạt động phân hủy của các

vi sinh vật hiếu khí. Nước pha loãng có thể đến từ các nguồn khác nhau như nước

ngầm, nước từ các sông nhánh, nước tưới tiêu trong khu vực, đặc biệt trong thời gian

có mưa.

f. Các điều kiện thời tiết khí hậu

Ánh nắng mặt trời thức đẩy quá trình quang hợp tạo oxy nên có vai trò thúc đẩy

nhanh sự tự làm sạch. Hoạt động của gió có tác dụng làm tăng quá trình khuếch tán

oxy từ khí quyển vào nước tạo điều kiện tốt cho sự phân hủy hiếu khí.

13

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng sinh hóa, do đó có ảnh hưởng đến

tốc độ tự làm sạch của dòng chảy. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới giá trị DO trong nước

được thể hiện trong biểu đồ hình 1.4:

Hình 1.4. Độ hoà tan oxy trong nước ở các nhiệt độ khác nhau

Trong mùa hè, nhiệt độ cao nên lượng oxy hòa tan vào nước thấp hơn vào mùa

đông, điều này có nghĩa là việc phân hủy các chất ô nhiễm trong mùa hè sẽ sử dụng hết

lượng oxy hòa tan chỉ trong một thời gian ngắn và tiếp theo đó là giai đoạn yếm khí.

Thêm vào đó, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ oxy hóa các chất hữu cơ sẽ tăng, khi đó quá

trình tự làm sạch vì vậy mà cũng nhanh hơn [1].

g. Các đặc tính vật lý của dòng chảy

Tốc độ, lưu lượng, độ sâu, đặc tính đáy (sỏi, cuội, cát…), độ nhám lòng kênh

dẫn… của dòng chảy đều là những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán oxy từ

không khí vào nước và ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch của nước. Sự hòa tan oxy

từ không khí vào dòng chảy rối được mô tả trong hình 1.5:

14

Hình 1.5. Sự hoà tan oxy trong dòng chảy rối

Trong các dòng sông chảy xiết, do dòng chảy rối nên các lớp nước trên cùng gần

biên giới nước – không khí sẽ hòa tan được nhiều oxy. Khi khuấy trộn với các lớp dưới

ít oxy thì việc cung cấp oxy cho vi sinh vật sẽ được đầy đủ.

Sự hòa tan oxy từ không khí vào dòng chảy chậm được mô tả trong hình 1.6:

Hình 1.6. Sự hoà tan oxy trong dòng chảy chậm

Ở các dòng sông chảy chậm hoặc ở các hồ, các lớp nước trên cùng có oxy hòa

tan, nhưng oxy chỉ khuếch tán xuống các lớp dưới với lượng ít nên nói chung ở các lớp

nước dưới thường tạo thành điều kiện yếm khí (Hình 1.6).

15

h. Sự lắng đọng

Bùn cặn ở đáy dòng chảy được tạo ra do sự sa lắng của các chất lơ lửng trong

nước thải và do sự đông tụ của các chất keo, sự tạo thành các mùn không tan. Sự oxy

hóa những chất lắng đọng này có thể diễn ra trong một thời gian dài. Chất lắng đọng

bùn cặn do nhu cầu oxy hóa cao có thể tác động xấu đến sự tự làm sạch do thiếu oxy

hòa tan.

Quá trình phân hủy yếm khí trong lớp bùn cặn này thường kèm theo sự tạo khí

làm bùn cặn bị đẩy nổi lên mặt nước.

i. Điều kiện mặt cắt sông

Sông rộng nhưng nông sẽ tạo điều kiện cho oxy thâm nhập nhiều hơn từ không

khí vào nước và làm tăng khả năng tự làm sạch của nước.

1.2. Khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước

1.2.1. Khái niệm khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước

Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước là khả năng nguồn nước có thể

tiếp nhận được thêm một tải lượng ô nhiễm nhất định mà vẫn bảo đảm nồng độ các

chất ô nhiễm trong nguồn nước không vượt quá giá trị giới hạn được quy định trong

các quy chuẩn tiêu chuẩn chất lượng nước cho mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp

nhận [2].

Nguồn nước có khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm bởi vì chúng có khả năng tự

làm sạch (đồng hóa các chất ô nhiễm). Thông thường, sau khi nước thải được đưa vào

nguồn tiếp nhận sẽ xảy ra các quá trình vật lý, hóa học, sinh học để nguồn nước có thể

tự làm sạch. Tuy nhiên, nếu lượng chất ô nhiễm quá lớn, sẽ dẫn đến hiện tượng “bão

hòa” chất ô nhiễm. Khi đó, chất lượng nước sẽ ngày càng suy giảm, vùng ô nhiễm ngày

càng lan rộng. Chính vì vậy, cần có cơ sở khoa học và thực tiễn cùng với công cụ và

16

phương pháp phù hợp để đánh giá về khả năng tiếp nhận nước thải của mỗi nguồn

nước cụ thể, phục vụ cho công tác quản lý môi trường ở địa phương đó.

1.2.2. Các yếu tố tác động đến khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước

Để có cơ sở và cách thức đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm, cần xác

định những yếu tố tác động đến khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước. Bên

cạnh các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước, còn có các yếu

tố liên quan đến mục đích sử dụng của nguồn nước và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về

chất lượng nước mặt tương ứng và các đặc điểm của nguồn thải (thành phần và nồng

độ chất ô nhiễm, lưu lượng xả, phương thức, chế độ, vị trí xả thải…) [4,16].

1.3. Tổng quan về phương pháp, mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch và khả

năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước

1.3.1. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên khoảng cách từ

nguồn thải

Nghiên cứu của Shimin Tian và cộng sự (2011) đã đánh giá khả năng tự làm

sạch của nguồn nước bằng mô hình định lượng các chất ô nhiễm theo khoảng cách từ

nguồn thải [22]. Để định lượng khả năng tự làm sạch của sông Juma – Trung Quốc,

nhóm nghiên cứu đã lựa chọn nghiên cứu ba vị trí đại diện trên sông. Các vị trí được

lựa chọn thuộc các vùng: ô nhiễm nghiêm trọng, tự làm sạch và vùng phục hồi. Dọc

đoạn sông nghiên cứu không có nhánh phụ nào chảy vào sông. Tổng chiều dài đoạn

sông nghiên cứu là 5km. Khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều dài (CSUL), là

tổng lượng giảm nồng độ của chất ô nhiễm trên đơn vị chiều dài dòng sông, được sử

dụng để định lượng cho quá trình tự làm sạch của sông.

CSUL =

Trong đó:

17

CSUL: Khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều dài (mg/l.km),

C1: Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí thượng nguồn (mg/l)

C2: Nồng độ chất ô nhiễm tại vị trí hạ nguồn (mg/l),

L12: Chiều dài đoạn sông giữa hai vị trí nghiên cứu (km).

Tại ba vị trí đã được lựa chọn, tiến hành lấy mẫu thực vật thủy sinh và mẫu

nước sau đó phân tích các thông số: tổng nitơ (TN), tổng photpho (TP) và thủy ngân

(Hg). Kết quả cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm tổng nitơ, tổng photpho giảm dần

khi tăng khoảng cách từ nguồn thải. Tuy nhiên, có rất ít sự thay đổi về nồng độ của Hg

trong ba vị trí. Điều đó cho thấy sông Juma không có khả năng tự làm sạch đối với ô

nhiễm kim loại nặng. Vì vậy, các nhà máy xả thải nhiều kim loại nặng không nên được

xây dựng dọc theo sông [22].

1.3.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô

nhiễm

Trong nghiên cứu của Taurai Bere (2005), nhóm nghiên cứu đánh giá khả năng

tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô nhiễm [24]. Tác giả đã liệt kê các

công thức tính toán khả năng tự làm sạch các chất ô nhiễm của dòng sông như sau:

Diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy được tính từ chiều rộng và chiều sâu đo

được của dòng sông. Sau đó lưu lượng nước được tính bằng công thức sau:

Q = VA

Trong đó: Q: Lưu lượng (m3/s),

V: Vận tốc trung bình (m/s), A: Diện tích mặt cắt ngang (m2).

Khi đó, tải lượng chất ô nhiễm được tính như sau:

L = QC

18

Trong đó:

L: Tải lượng chất ô nhiễm (g/s), Q: Lưu lượng (m3/s), C: Nồng độ chất ô nhiễm (g/m3).

Khả năng tự làm sạch giữa hai vị trí được tính toán như sau:

Sm = L1 - L2

Trong đó:

Sm: Khả năng tự làm sạch (g/s),

L1 và L2: Tải lượng chất ô nhiễm (g/s) tại các vị trí thượng nguồn và hạ nguồn

tương ứng. Phương pháp phân tích hồi quy được sử dụng để đánh giá mối quan hệ giữa

khoảng cách từ điểm của dòng chảy nước thải và nồng độ chất dinh dưỡng trong nước

và trầm tích tại các vị trí hạ lưu của dòng chảy nước thải [24].

1.3.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước bằng phương pháp mô hình

hóa

Một số nghiên cứu trên thế giới từ khá lâu đã sử dụng phương pháp mô hình hóa

để đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Năm 1925, Streeter và Phelps đã

công bố một công trình về “Đường cong thiếu hụt DO” trong sông Ohio cho phép giải

thích sự giảm của DO theo khoảng cách theo hướng dòng chảy của sông do sự phân

huỷ BOD, phương trình này được mang tên Streeter – Phelps. Sau khi xây dựng được

biểu thức toán học mô tả diễn biến DO, có thể xác định được sự phân bố DO, BOD

theo khoảng cách dòng chảy đồng thời tính toán được tải lượng chất ô nhiễm tối đa

được đưa vào nguồn nước để có thể duy trì mức giá trị DO xác định [6,6,23].

19

Hình 1.7. Đường cong diễn biến DO điển hình

Mô hình Streeter-Phelps cổ điển được xây dựng dựa trên giả định có một nguồn

thải BOD duy nhất được phân bố đều ở các mặt cắt ngang của một dòng chảy và nó di

chuyển như một đường thẳng mà không có xáo trộn. Ngoài ra, giả định chỉ có một

nguồn tiêu thụ DO duy nhất là BOD – cacbon và một nguồn sinh DO từ khí quyển mà

bỏ qua sự tiêu thụ oxy bởi trầm tích cũng như sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào các quá

trình quang hợp, hô hấp, quá trình chuyển hóa các hợp chất của nitơ…

Các mô hình mở rộng được phát triển từ mô hình truyền thống có tính toán đến

các quá trình phụ, làm giảm thiểu sai số. Các thông số trong mô hình mở rộng có thể

được ứng dụng trong một đối tượng cụ thể hoặc ước tính về mặt lý thuyết. Tuy nhiên,

cần phải có một bộ số liệu đầu vào cho mô hình rất phong phú [15,19,21,26].

1.3.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước theo thông tư số

02/2009/TT-BTNMT

20

Hiện nay, ở Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành thông tư

02/2009/TT-BTNMT về quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn

nước.

Quy trình đánh giá bao gồm:

- Đánh giá sơ bộ nguồn nước tiếp nhận nước thải;

- Xác định các chất ô nhiễm cần đánh giá;

- Đánh giá chi tiết khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước;

Trong đó, khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước đối với chất ô nhiễm

đang đánh giá được tính toán theo phương trình dưới đây:

Khả năng tiếp nhận Tải lượng ô Tải lượng ô nhiễm

của nguồn nước đối nhiễm tối đa sẵn có trong nguồn ≈ - với chất ô nhiễm của chất ô nước của chất ô

nhiễm nhiễm

Trình tự đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước được trình bày

tóm tắt như sau:

Bước 1: Tính toán tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô nhiễm

Ltđ = (Qs + Qt).Ctc.86,4;

Ltđ (kg/ngày) là tải lượng ô nhiễm tối đa của nguồn nước đối với chất ô nhiễm;

Qs (m3/s) là lưu lượng dòng chảy tức thời nhỏ nhất ở đoạn sông cần đánh giá

trước khi tiếp nhận nước thải, (m3/s);

Qt (m3/s) là lưu lượng nước thải lớn nhất;

Ctc (mg/l) là giá trị giới hạn nồng độ chất ô nhiễm;

86,4 là hệ số chuyển đổi đơn vị thứ nguyên từ (m3/s).(mg/l) sang (kg/ngày).

21

Bước 2: Tính toán tải lượng ô nhiễm có sẵn trong nguồn nước tiếp nhận

Ln = Qs.Cs.86,4

Trong đó:

Ln (kg/ngày) là tải lượng ô nhiễm có sẵn trong nguồn nước tiếp nhận;

Cs (mg/l) là giá trị nồng độ cực đại của chất ô nhiễm trong nguồn nước trước khi

tiếp nhận nước thải;

Bước 3: Tính toán tải lượng ô nhiễm của chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước tiếp

nhận

Lt = Qt.Ct.86,4

Trong đó:

Lt (kg/ngày) là tải lượng chất ô nhiễm trong nguồn thải;

Ct (mg/l) là giá trị nồng độ cực đại của chất ô nhiễm trong nước thải.

Bước 4: Tính toán khả năng tiếp nhận nước thải

Khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm của nguồn nước đối với một chất ô nhiễm

cụ thể từ một điểm xả thải đơn lẻ được tính theo công thức:

Ltn = (Ltđ - Ln - Lt).Fs

Trong đó:

Fs là hệ số an toàn, Fs có giá trị trong khoảng 0,3 < Fs < 0,7. Hệ số an toàn có thể

khác nhau đối với các chất ô nhiễm khác nhau. Giá trị Fs nhỏ có nghĩa là chỉ dành một

phần nhỏ khả năng tiếp nhận nước nước thải đối với chất ô nhiễm được đưa vào nguồn

nước do các yếu tố không chắc chắn lớn và nguy cơ rủi ro cao.

Bước 5: Đánh giá, kết luận

22

Nếu giá trị Ltn lớn hơn (>) 0 thì nguồn nước vẫn còn khả năng tiếp nhận đối với

chất ô nhiễm. Ngược lại, nếu giá trị Ltn nhỏ hơn hoặc bằng (≤) 0 có nghĩa là nguồn

nước không còn khả năng tiếp nhận đối với chất ô nhiễm.

Thông tư này được áp dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước; các tổ

chức, cá nhân có hoạt động xả nước thải, tư vấn lập hồ sơ đề nghị cấp phép xả nước

thải vào nguồn nước.

1.3. Tổng quan về sông Nhuệ

1.3.1. Giới thiệu chung về sông Nhuệ

Sông Nhuệ là một con sông nhỏ, phụ lưu của sông Đáy. Sông dài khoảng 74 km,

chảy ngoằn ngoèo gần như theo hướng Bắc Tây Bắc - Nam Đông Nam qua địa phận

thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam. Điểm bắt đầu của sông Nhuệ là cống Liên Mạc, lấy

nước từ sông Hồng trong địa phận quận Bắc Từ Liêm (thành phố Hà Nội) và điểm kết

thúc của nó là cống Phủ Lý khi hợp lưu vào sông Đáy gần thành phố Phủ Lý (tỉnh Hà

Nam phố Phủ Lý (tỉnh Hà Nam). Sông chảy qua các quận, huyện, thị trấn gồm các

quận: Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Hà Đông; các huyện gồm: Thanh Trì, Thường Tín,

Thanh Oai, Phú Xuyên của thành phố Hà Nội, huyện Duy Tiên của tỉnh Hà Nam và

cuối cùng đổ vào sông Đáy ở khu vực thành phố Phủ Lý [10].

Sông Nhuệ có diện tích lưu vực khoảng 1070 km2, chiếm 13,95 % trong tổng

diện tích lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Trên địa bàn Hà Nội, sông có chiều dài 61,5 km;

chiều rộng trung bình của sông là 30 - 40 m; độ cao đáy sông 0,52 - 2,8 m. Trong tổng

lượng dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ thì tới 85 % có nguồn gốc từ sông Hồng

chuyển sang, chỉ 15 % còn lại bắt nguồn từ lưu vực. Ngoài ra, nối sông Đáy với sông

Nhuệ còn có các sông nhỏ như sông La Khê (qua quận Hà Đông), sông Tô Lịch, sông

Vân Đình, sông Duy Tiên, sông Ngoại Đô [10].

23

Chế độ thuỷ văn của sông Nhuệ không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố

mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng

chảy của nước sông Hồng và các sông khác. Vì thế mà chế độ thuỷ văn ở đây rất

phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sông. Dòng chảy trên lưu vực

sông phân bố không đều theo không gian và thời gian [10].

Lượng nước trong các tháng mùa lũ rất dồi dào, đặc biệt là tháng 9. Mùa kiệt bắt

đầu từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trong đó kiệt nhất là 3 tháng đầu năm. Đặc biệt là

tháng 3 với lượng mưa ít, ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng sông. Dòng chảy nhỏ nhất trên sông Nhuệ từ 15 - 26 m3/s (tại Hà Đông), lưu tốc trung bình đạt

0,8 m/s [13].

Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong

năm. Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa

năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là

mùa lũ và mùa cạn. Tuy nhiên, việc phân mùa như trên chỉ mang tính trung bình trong

từng năm cụ thể. Do sự nhiễu động của chế độ mưa, mùa mưa có thể bắt đầu sớm hơn

hoặc kết thúc muộn đến một tháng [10].

24

Hình 1.8. Bản đồ lưu vực sông Nhuệ - Đáy trên địa bàn Hà Nội

1.3.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ

Nằm ở vị trí địa lý chiến lược, sông Nhuệ có vai quan trọng trong phát triển kinh

tế xã hội của thành phố Hà Nội. Không những đảm nhiệm vai trò cung cấp nước tưới

tiêu cho nông nghiệp, sông Nhuệ còn là nơi thoát lũ cho sông Hồng vào mùa mưa,

song cũng đồng thời là nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội [12].

Chính vì vậy, chất lượng nước sông Nhuệ có sự thay đổi nhiều tùy vào mùa và vị trí

khác nhau.

Trong khoảng chục năm trở lại đây, tình trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ ngày

càng trở nên nghiêm trọng. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thanh Sơn và cộng sự

(2011), nước sông Nhuệ chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nước thải sinh hoạt, công nghiệp,

nông nghiệp của thành phố Hà Nội. Mùa kiệt chất lượng nước phụ thuộc vào chế độ

25

vận hành cống Liên Mạc, chế độ xả nước đập Thanh Liệt và chế độ lấy nước tưới của

hệ thống thuỷ nông. Nếu cống Liên Mạc mở to, lưu lượng nước sông Hồng chảy vào

lớn thì chất lượng nước ở phía hạ du đươc cải thiện đáng kể do được pha loãng [8].

Ngược lại, nếu cống Liên Mạc đóng hoặc mở với khẩu độ nhỏ, phía Thanh Trì vẫn

nhận nước thải sông Tô Lịch xả vào, dưới hạ lưu sẽ bị sự cố về môi trường nước. Về

mùa lũ cống Liên Mạc thường đóng, nước sông Nhuệ chủ yếu là nước thải thành phố,

nước mưa, nước tiêu nông nghiệp, nhưng được bơm thoát nhanh ra sông Đáy.

Chất lượng nước sông Nhuệ được đánh giá sơ bộ như sau:

- Tại cống Liên Mạc: khi cống mở, nước không bị ô nhiễm hoặc ô nhiễm nhẹ,

chất lượng nước giống như nước sông Hồng, khi cống đóng mức độ ô nhiễm cao hơn

nhưng không đáng kể do nước chảy chậm, giảm sự khuếch tán của ôxy trong nước.

- Tại Cầu Diễn, cầu Hà Đông sông Nhuệ cung cấp nước tiêu nông nghiệp của

hai quận Bắc Từ Liêm và Nam Từ Liêm, đồng thời tiếp nhận nước thải làng nghề,

nước thải sinh hoạt ở hai bên sông, nước bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ, cặn lơ lửng và vi

khuẩn.

- Tại cầu Mai Lĩnh, Hà Đông nhận toàn bộ nước thải của thị xã Hà Đông, hàm

lượng chất hữu cơ cao, nồng độ COD trong nước sông vượt quá giới hạn cho phép chất

lượng nước mặt loại A từ 2 - 3 lần trong khi nồng độ BOD5 vượt quá giới hạn cho phép

chất lượng nước mặt loại A từ 4 - 6 lần, giá trị DO rất thấp chỉ đạt 2,89 mg/l (tháng

IV/2003).

- Tại Cầu Tó, huyện Thanh Trì nhận toàn bộ nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội xấp xỉ 500.000 m3/ngày đêm, ngoài ra lượng nước thải sản xuất công nghiệp và các dịch vụ khác khoảng 250.000 - 300.000 m3/ngày mang theo nhiều chất cặn bã lơ

lửng, chất hữu cơ, hoá chất độc hại, vi khuẩn gây bệnh làm cho nước sông Nhuệ tại

Cầu Tó bị ô nhiễm nặng, nhất là vào mùa kiệt (khi cống Liên Mạc đóng và nước thải

26

thành phố Hà Nội xả vào, đôi khi xảy ra sự cố môi trường nước ở đoạn sông này. Hàm

lượng các chất ô nhiễm đều vượt quá giới hạn cho phép đối với nước mặt loại B).

- Ước tính lượng nước thải từ sinh hoạt và công nghiệp đổ vào sông trung bình khoảng 5,4 m3/s, điều này đồng nghĩa với việc để mức độ ô nhiễm BOD5 không vượt

quá tiêu chuẩn nước mặt loại B thì cống Liên Mạc sẽ phải mở với công suất tối đa 60 m3/s [8].

Qua kết quả phân tích chất lượng nước sông Nhuệ định kỳ hàng năm của Tổng

Cục Môi trường cho thấy tại khu vực đầu nguồn (sau khi nhận nước sông Hồng), nước

sông hầu như không bị ô nhiễm. Từ đoạn sông chảy qua khu vực Hà Đông (Phúc La)

cho tới trước khi nhận nước sông Tô Lịch, nước đã bắt đầu bị ô nhiễm [10].

Nguyên nhân gây ô nhiễm chủ yếu do nước thải sinh hoạt của quận Hà Đông và

nước thải sản xuất của Cụm công nghiệp Từ Liêm, làng bún Phú Đô, làng nghề Cát

Quế, Dương Liêu đổ vào sông... Ngoài ra, trên sông Nhuệ tình trạng đổ phế thải, rác

thải xuống sông còn phổ biến; tình trạng lấn chiếm, xây dựng trái phép hai bên bờ sông

vẫn diễn ra.

Sau khi tiếp nhận nước thải của sông Tô Lịch, nước sông Nhuệ bị ô nhiễm cao

hơn. Nước thải sông Tô Lịch là nguyên nhân chính gây ô nhiễm cho sông Nhuệ, đặc

biệt tại điểm cầu Tó trở đi. Theo đó, có thể nói đoạn sông Nhuệ chảy qua xã Cự Khê,

huyện Thanh Oai, Hà Nội là khu vực có chất lượng nước thuộc mức độ bị ô nhiễm cao

trên toàn bộ dòng sông Nhuệ [10,13].

Trước tình trạng chất lượng nước sông Nhuệ đang bị suy giảm như hiện nay,

nhiều nghiên cứu, kế hoạch, đề án bảo vệ môi trường đã được đưa ra nhằm cải thiện

môi trường nước trong đó có Đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ -

Đáy đến năm 2020 tại Quyết định 57/2008/QĐ-TTg ngày 29/4/2008. Các dự án thuộc

Chương trình mục tiêu quốc gia về khắc phục ô nhiễm và cải thiện môi trường đã được

Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định 1206/QĐ-TTg ngày 2/9/2012.

27

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: nước sông Nhuệ.

- Phạm vi nghiên cứu: địa phận thành phố Hà Nội.

2.2. Cách tiếp cận

Trên cơ sở thực trạng ô nhiễm của dòng sông, tiến hành lựa chọn vị trí lấy mẫu

phù hợp cho nghiên cứu. Đối với mẫu nước như vậy, trong thực tế, luôn luôn có sự tiếp

nhận chất ô nhiễm. Để có được điều kiện ổn định trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu

giả thiết rằng:

 Mẫu nước không nhận thêm các chất ô nhiễm

 Trong tự nhiên có thể xảy ra ba trường hợp:

- Nước được cung cấp đầy đủ oxy

- Nước có mặt thoáng và được xáo trộn vừa phải

- Nước có mặt thoáng và không xáo trộn.

Trên cơ sở ấy, chúng tôi thiết kế mô hình với các điều kiện tương ứng để kiểm

tra xem ở mỗi điều kiện thì cần bao nhiêu thời gian có thể làm sạch.

Tiếp theo, khi nước đã tự làm sạch đến giới hạn cho phép, thêm nước thải giả định chứa các chất ô nhiễm với mức tăng dần đến khi nước không thể tiếp nhận. Để

xác định giới hạn tiếp nhận của mẫu nước nghiên cứu.

Sau này, chúng tôi sẽ nghiên cứu ở mức độ sâu hơn, điều kiện cụ thể hơn, đánh

giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch.

2.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.3.1. Mục tiêu nghiên cứu

28

- Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông ở

những điều kiện xáo trộn khác nhau của cột nước.

- Áp dụng mô hình nghiên cứu để đánh giá khả năng tự làm sạch và khả năng

tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Thành phố Hà Nội.

2.3.2. Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát hiện trạng chất lượng nước sông và khả năng tự làm sạch của nước

Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội.

- Xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông.

- Đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông ở các điều kiện khác nhau.

- Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông ở các điều kiện khác

nhau.

2.4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập tài liệu

+ Tổng quan về khả năng tự làm sạch của nguồn nước;

+ Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình nghiên cứu;

+ Tổng quan về sông Nhuệ, hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ.

- Phương pháp thực nghiệm

+ Phương pháp xây dựng mô hình thí nghiệm;

+ Phương pháp lấy mẫu nước và phân tích các thông số chất lượng nước;

- Phương pháp xử lý số liệu phân tích và tính toán khả năng tự làm sạch, khả

năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông.

2.5. Thực nghiệm

29

2.5.1. Khảo sát hiện trạng chất lượng nước sông và khả năng tự làm sạch của nước

Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội

a) Lựa chọn vị trí và lấy mẫu

Đoạn sông Nhuệ nghiên cứu có chiều dài 61,5 km, chiều rộng trung bình của

sông là 30 – 40 m [10]. Do sông Nhuệ thường xuyên tiếp nhận nước từ sông Hồng tại

cống Liên Mạc, đồng thời tiếp nhận nước thải tại các khu vực mà nó chảy qua. Trên cơ

sở các số liệu về chất lượng nước sông đã được trình bày trong mục 1.3.2. kết hợp với

việc khảo sát thực tế, chúng tôi lựa chọn lựa chọn lấy mẫu tại 2 vị trí đại diện thuộc địa

phận quận Bắc Từ Liêm đề đánh giá khả năng tự làm sạch của đoạn sông này, làm cơ

sở cho việc xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch. Hai vị trí được lựa chọn

có các đặc điểm về lưu lượng nước, độ sâu, bề rộng sông tương đối ổn định và đặc

trưng cho sông Nhuệ.

- Vị trí SN1, ngay sau một cống thải lộ thiên 20 m. Nước thải sau khi chảy vào

sông được trộn lẫn với nước sông. Cống thải này thải nước thải sinh hoạt của khu dân

cư ven sông Nhuệ. Nước thải có màu đen, mùi hôi thối, khó chịu.

- Vị trí SN2, là vị trí cuối cùng của sông thuộc địa phận quận Bắc Từ Liêm.

Theo quan sát, từ vị trí SN1 đến vị trí SN2 không có cống thải nào chảy vào sông

Nhuệ.

Thông tin các địa điểm lấy mẫu được mô tả trong bảng 2.1. Sơ đồ các vị trí lấy

mẫu được đánh dấu và thể hiện trong hình 2.1.

Bảng 2.1. Các vị trí lấy mẫu khảo sát

Ký hiệu SN1 SN2

21o3’19” B - 105o46’23” Đ 21o2’31” B - 105o45’31” Đ Tọa độ

Cầu Diễn Vị trí lấy mẫu Sông Nhuệ ngay sau cống thải

20 m

30

Thị trấn Cầu Diễn Địa chỉ nơi

Cạnh công ty cổ phần số 36 - số 65, tổ 8, đường K3, thị trấn lấy mẫu

Cầu Diễn

Dân cư tập trung, có công Dân cư đông đúc, hai bên bờ sông Đặc điểm vị

trường xây dựng. nhiều rác thải. trí lấy mẫu

Nước có màu xanh đen, nhiều

chất rắn lơ lửng, mùi hôi thối,

Nước màu đen, mùi hôi thối do sản sinh khí H2S, mặt nước có nhiều bọt khí, không phát hiện không phát hiện thấy tôm cá sinh

thấy tôm cá sinh sống. sống.

Khoảng cách L1-2 = 1,5 km

Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu Hình 2.2. Cống thải ngay trước vị trí SN1

Tần suất lấy mẫu: Theo nghiên cứu [22], để đánh giá khả năng làm sạch của các đoạn sông chịu nhiều tác động, người ta thường lấy mẫu lặp lại một số đợt để đánh giá sự ổn định của kết quả. Trong điều kiện thời gian, quy mô nghiên cứu của đề tài kết

hợp với lịch đóng, mở đập của cống Liên Mạc và đập Thụy Phương không cố định, do vậy chúng tôi chọn tần suất lấy mẫu 4 đợt trong 1 tháng, các đợt cách nhau 1 tuần.

Thông tin về thời gian lấy mẫu và điều kiện khí tượng, thủy văn sông Nhuệ

được mô tả trong bảng 2.2.

31

Bảng 2.2. Mô tả các điều kiện lấy mẫu khảo sát chất lượng nước sông Nhuệ

Khí hiệu Điều kiện khí tượng Ghi chú Thời gian lấy mẫu Mực nước mẫu

1,2m Cống Liên Mạc mở

7h43 SN1-1 Trời nhiều mây, có sương mù, độ ẩm 100%, nhiệt độ treo Đợt 1 1,5m 01/3/2016 7h18 SN2-1 21℃, trong năm ngày trước khi lấy mẫu không

có mưa.

1,2m Cống Liên Mạc mở

7h00 SN1-2 Trời nhiều mây, có sương mù, độ ẩm 100%, nhiệt độ treo đến 17h ngày Đợt 2 1,6m 07/3/2016 đóng kín 07/3/2016 6h48 SN2-2 họng dưới 22℃, trời mưa nhỏ vào sáng sớm, lượng mưa

0,25 mm.

1,3m Cống Liên Mạc mở Đợt 3 treo 4 cửa từ 15h30 14/3/2016 1,6m 6h35 SN2-3 ngày 09/3/2016. 6h50 SN1-3 Trời nhiều mây, độ ẩm 94%, nhiệt độ 22℃, trời không mưa.

6h47 SN1-4 Trời nhiều mây, có sương 1,2m Cống Liên Mạc mở

Đợt 4 mù nhẹ, độ ẩm 94%, nhiệt treo 4 cửa từ 15h30 1,5m ngày 09/3/2016. 21/3/2016 6h35 SN2-4

độ 26℃, trời mưa phùn, lượng mưa 1mm.

Mẫu nước khảo sát được lấy theo TCVN 6663–6:2011: Hướng dẫn lấy mẫu

nước sông suối. Mẫu sau khi lấy được bảo quản và lưu giữ theo TCVN 6663-3:2011

(ISO5667-3:2003).

b) Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ khu vực nghiên cứu

Sau khi nghiên cứu các tài liệu [20-24], thấy rằng nước sông chỉ có khả năng

làm sạch tốt với các chất dinh dưỡng và trong phạm vi khả năng của đề tài, chúng tôi

32

-, tổng photpho để đánh giá chất lượng nước cũng

+, NO3

đã chọn 4 thông số COD, NH4

như khả năng tự làm sạch của đoạn sông. Bên cạnh đó chúng tôi tiến hành đo nhanh

các thông số nhiệt độ, pH, DO tại hiện trường.

c) Đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông Nhuệ khu vực nghiên cứu

Từ kết quả quan trắc các vị trí SN1 và SN2, đánh giá được khả năng tự làm sạch

của nước sông theo khoảng cách từ nguồn thải theo công thức được trình bày trong

mục 1.3.1.:

Khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều dài = (mg/l.ngày) (2.1)

Dựa trên kết quả đánh giá sẽ lựa chọn vị trí SN1 hoặc SN2 để lấy mẫu đưa vào

mô hình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

2.5.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu được xây dựng tại phòng thí nghiệm gồm ba cột:

Hình 2.3. Sơ đồ các mô hình thí nghiệm đánh

Hình 2.4. Hình ảnh mô hình đánh

a) Cột 1 b) Cột 2 c) Cột 3

33

giá khả năng tự làm sạch của nước sông trong

giá khả năng tự làm sạch của nước

phòng thí nghiệm

sông trong phòng thí nghiệm

Các cột thí nghiệm trong mô hình được làm từ vật liệu PVC có đường kính

trong là 200 mm. Nước đầu vào cho mô hình được lấy từ vị trí xác định theo kết quả

khảo sát hiện trạng ở mục 2.5.1. Chiều cao mực nước trong cột 1 là 1200 mm và các

cột 2, 3 là 1000 mm.

Cột 1: giữ yên trạng thái để mô tả diễn biến của nước sông Nhuệ ở điều kiện

tĩnh, nhằm đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông ở những vị trí có mặt thoáng

nhưng không có sự xáo trộn của dòng chảy, nước bị ứ đọng. Ở mỗi độ sâu khác nhau

nước sông có thể có khả năng tự làm sạch khác nhau nên cột 1 có 5 vị trí lấy mẫu nước

(C1-1, C1-2, C1-3, C1-4, C1-5).

Cột 2: khuấy đảo nước bằng cánh khuấy có mô tơ điện với tốc độ 120

vòng/phút. Cột 2 mô tả trạng thái của nước ở điều kiện nước có mặt thoáng và có sự

khuấy trộn, nhằm đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông ở những vị trí có sự

xáo trộn của dòng chảy.

Cột 3: sục không khí với tốc độ 6,0 l/phút. Cột 3 mô tả trạng thái của nước ở

điều kiện hiếu khí (DO ≥ 4 mg/l), nhằm đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông

ở những vị trí có giá trị DO cao như nước ở tầng mặt, ở vị trí nước xáo trộn mạnh.

Nước ở cột 2 và cột 3 luôn có sự đồng nhất nên hai cột này chỉ có một vị trí lấy mẫu ở

độ sâu 800 mm (C2 và C3).

Bảng 2.3. Ký hiệu các vị trí lấy mẫu tại mô hình

Ký hiệu C1-1 C1- 2 C1- 3 C1- 4 C1-5 C2 C3

Cột 1, độ sâu 1m Cột 1, độ sâu 0,8m Cột 1, độ sâu 0,6m Cột 1, độ sâu 0,4m Cột 1, độ sâu 0,2m Cột 2, độ sâu 0,8m Cột 3, độ sâu 0,8m Vị trí cột và độ sâu từ mặt thoáng

34

Tùy thuộc vào điều kiện ở mỗi cột thí nghiệm, các quá trình vật lý, hóa học, sinh

học sẽ xảy ra để chuyển hóa chất ô nhiễm, thực hiện quá trình tự làm sạch nguồn nước.

2.5.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông trong mô hình

+, NO3

- Tại hiện trường, thực hiện đo nhanh các thông số: nhiệt độ, pH, DO. Đồng thời -, tổng P trong phòng thí nghiệm. Nhằm mục phân tích các thông số: COD, NH4

đích đánh giá chất lượng nước đầu vào cho mô hình và xác định các thông số cần đánh

giá khả năng tự làm sạch.

+, NO3

- Nước sông Nhuệ được đưa vào ba cột của mô hình rồi lấy và phân tích các -, tổng P theo thời gian với tần suất 1 thông số: nhiệt độ, pH, DO, COD, NH4

lần/ngày ở 5 độ sâu khác nhau (cột 1) và ở 1 độ sâu cố định (cột 2, 3).

- Mẫu nước nghiên cứu được đánh giá là tự làm sạch khi giá trị thông số bắt đầu

nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT - cột B1. Dựa vào kết

quả phân tích các thông số sẽ xác định được thời gian cần thiết để mẫu nước sông có

thể tự làm sạch.

- Để đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông, chúng tôi sử dụng đại lượng

tốc độ tự làm sạch, là số mg chất ô nhiễm mà 1 lit nước sông có thể tự làm sạch được

trong một ngày (mg/l.ngày). Do vậy, công thức tính tốc độ tự làm sạch như sau:

Lls = (2.2)

Trong đó:

Lls: Tốc độ tự làm sạch (mg/l.ngày);

C1: Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm tại thời điểm ban đầu (mg/l);

C2: Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm nước sông đã tự làm sạch (giá trị thông

số bắt đầu đạt giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT - cột B1) (mg/l);

35

t: Thời gian cần thiết để nước sông tự làm sạch (ngày).

Sơ đồ quy trình thực nghiệm để đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông

Hình 2.5. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tự làm sạch bằng mô hình

được tóm tắt trong hình 2.5.

2.5.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông Nhuệ bằng mô

hình

Trong phạm vi của luận văn, chúng tôi thực hiện đánh giá khả năng tiếp nhận

chất ô nhiễm của mẫu nước sông Nhuệ trong mô hình đối với ba thông số ô nhiễm: + và tổng P. Sau khi nước sông tự làm sạch các chất ô nhiễm, thêm chất thải COD, NH4

giả định vào ba cột để đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông ở từng

điều kiện thí nghiệm. Chất thải giả định được thêm gồm có: C6H12O6.H2O (đánh giá

khả năng tiếp nhận đối với thông số COD), NH4Cl (đánh giá khả năng tiếp nhận đối +) và KH2PO4 (đánh giá khả năng tiếp nhận đối với thông số tổng P). với thông số NH4

36

Gọi a (mg/l) là số mg chất ô nhiễm được đưa vào 1 lit nước sông. Thể tích nước

trong cột được giữ cố định. Tốc độ tự làm sạch của nước sông là cơ sở để lựa chọn giá

trị a.

Giá trị a được lựa chọn đầu tiên là Lls/2 (mg). Tiến hành lấy mẫu từ mô hình và + và tổng P tại thời điểm trước khi thêm và sau khi phân tích các thông số COD, NH4

thêm chất thải giả định 24 giờ.

+ Nếu nước đã tự làm sạch, dựa vào khái niệm khả năng tự làm sạch của nguồn

nước [2], chứng tỏ nước sông có khả năng tiếp nhận là:

Ltn = a (mg/l.ngày)

+ Nếu nước không tự làm sạch được thì ngừng thêm nước thải giả định và tiếp

tục lấy mẫu phân tích với tần suất 1 lần/ngày cho đến khi nước tự làm sạch thì dừng lại.

Xác định thời gian cần thiết để nước tự làm sạch sau khi thêm nước thải giả định. Khi

đó, khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông được tính toán theo công thức:

Ltn = (2.3)

Trong đó:

Ltn: Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm, là số mg chất ô nhiễm mà 1 lit nước sông

có thể tiếp nhận trong một ngày (mg/l.ngày);

a: Số mg chất ô nhiễm được thêm vào 1 lít nước sông (mg/l);

t: Thời gian cần thiết để nước sông tự làm sạch tính từ thời điểm bắt đầu thêm

nước thải giả định (ngày).

Trong trường hợp sau 1 ngày, nước tự làm sạch được, tiếp tục thêm nước thải

giả định với nồng độ tăng lên (a = Lls; 2 Lls; 10 Lls…). Giá trị cao nhất có được là khả

năng tiếp nhận tối đa của nước sông ở một điều kiện cụ thể.

37

Phương pháp tính toán lượng hóa chất cần cân để pha nước thải giả định như

sau:

* Tính toán khối lượng C6H12O6.H2O cần thêm vào để giá trị COD tăng lên a

(mg/l)

Mực nước trong 3 cột được giữ cố định ở độ cao 1000 mm.

Thể tích nước trong mỗi cột = π.R2.h = 3,14.(0,1)2.1 = 0,0314 (m3) = 31,4 (l).

PTPƯ: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

= (g) => = (mol) => =

+ trong cột tăng

=> = .198 (g)

* Tính toán khối lượng NH4Cl cần thêm vào để hàm lượng NH4

lên a (mg/l)

Mực nước trong 3 cột được giữ cố định ở độ cao 1000 mm.

Thể tích nước trong mỗi cột = 31,4 (l).

= (g) => = = (mol)

=> = .53,5 (g)

* Tính toán lượng KH2PO4 cần cân để thêm vào để hàm lượng tổng P trong cột

tăng lên a (mg/l)

Mực nước trong 3 cột được giữ cố định ở độ cao 1000 mm.

38

Thể tích nước trong mỗi cột = 31,4 (l).

= (g) => = = (mol)

=> = .136 (g)

Phương pháp thực hiện:

- Bổ sung nước cất vào các cột sao cho mực nước là 1m, khuấy đều và lấy mẫu

phân tích nước ở các cột trong mô hình trước khi thêm nước thải giả định.

- Cân các hóa chất: C6H12O6.H2O, NH4Cl và KH2PO4 theo kết quả đã tính toán,

đổ vào mỗi cột. Sau đó khuấy đều để hóa chất được phân bố đồng đều trong các cột.

+ Cột 1 được giữ nguyên ở điều kiện tĩnh.

+ Cột 2 được khuấy đảo bằng cánh khuấy với tốc độ 120 vòng/phút.

+

+ Cột 3 được giữ ở điều kiện sục khí với tốc độ 6,0 l/phút.

- Định kỳ sau 24h, lấy mẫu từ mô hình và phân tích các thông số: COD, NH4

và tổng P. Các thông số: nhiệt độ, pH, DO được đo nhanh để kiểm soát vấn đề bất

thường trong thí nghiệm.

Sơ đồ quy trình thực nghiệm để đánh giá khả năng tiếp nhận của nước sông

được tóm tắt trong hình 2.6.

39

Hình 2.6. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm

bằng mô hình

2.5.6. Phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước

- Đo đạc các thông số đo nhanh

Thiết bị được sử dụng để đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO được thể hiện

trong bảng 2.2:

Bảng 2.4. Thiết bị đo đạc các thông số đo nhanh

STT Thông số đo nhanh Trang thiết bị Phạm vi đo

1 Nhiệt độ 10 – 50 (0C)

2 pH Máy Hach HQ440d 0 - 14

3 DO 0,01 - 20 (mg/l)

- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

40

Các mẫu nước được phân tích tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường - Trường

Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu được thể hiện trong bảng 2.3:

Bảng 2.5. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong Phòng thí nghiệm

Chỉ tiêu Giới hạn STT Phương pháp Phạm vi áp dụng phát hiện phân tích

COD ≤ 90 mg/l (đo quang ở

bước sóng 420 nm) 1 COD SMEWW 5220 D 5 mg/l 90 ≤ COD ≤ 900 mg/l (đo

quang ở bước sóng 600 nm)

TCVN 6180:1996

-

2 0,2 - 25 mgN/l 0,013 mgN/l (ISO 7890 - NO3

3:1988 E)

TCVN 6179 -

+

1:1996 3 0,05 - 1,8 mgN/l 0,008 mgN/l NH4

(ISO 7150 - 1:1984 E)

TCVN 6202:2008 4 Tổng P 0,005 - 0,8 mgP/l 0,006 mgP/l (ISO 6878:2004)

41

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ và khảo sát quá trình tự làm

sạch theo khoảng cách từ nguồn thải

Kết quả phân tích chất lượng nước sông Nhuệ tại hai vị trí lấy mẫu theo bốn đợt

từ ngày 1/3/2016 đến ngày 21/3/2016 được thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả phân tích chất lượng nước sông Nhuệ

Thông số Nhiệt độ pH DO

+

- Tổng P

COD NH4 NO3

0C

mg/l mg/l mgN/l mgN/l mgP/l Đơn vị

19,0

7,79

0,39

QCVN 08- 5,5 - - ≥ 4 30 0,9 10 0,3* MT:2015/BTNMT 9

SN1-1

0,82

69

16,9

1,09

19,8

7,63

0,39

SN2-1

1,29

54

12,8

0,43

21,0

7,54

0,16

SN1-2

1,10

59

9,8

1,84

21,5

7,44

0,13

SN2-2

1,02

62

16,1

0,98

20,0

7,45

0,22

SN1-3

0,95

67

13,4

0,64

20,5

7,30

0,30

0,13

SN2-3

1,63

72

18,8

21,5

7,20

0,13

SN1-4

0,76

81

19,6

1,59

21,5

7,15

0,12

SN2-4

0,80

77

15,1

1,04

*: Hàm lượng tổng P được đánh giá thông qua giá trị giới hạn tối đa cho phép của

photphat trong QCVN 08-MT:2015/BTNMT (0,3 mgP/l).

Các mẫu nước sông qua cả bốn đợt lấy mẫu đều bị ô nhiễm các thông số như

COD, amoni, tổng P (trừ mẫu tại vị trí SN2 ngày 14/3/2016). Đồng thời, giá trị DO của

các mẫu nước sông Nhuệ đều thấp hơn rất nhiều so với giá trị giới hạn cho phép trong

42

QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1). Như vậy, trong các điều kiện thời tiết và thời

gian khác nhau, sông Nhuệ đều thể hiện tình trạng ô nhiễm.

Áp dụng công thức (2.1) tính toán khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều

dài tại đoạn sông gồm hai vị trí lấy mẫu theo các đợt lấy mẫu, kết quả được thể hiện ở

bảng 3.2.

Bảng 3.2. Khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ trên một đơn vị chiều dài qua 4 đợt

quan trắc

+

COD

-

Tổng P NH4 NO3 Thông số

2,73 10,00 0,00 0,44 Đợt 1

-4,20 -2,00 0,02 0,57 Đợt 2 CSUL

-3,60 -3,33 -0,05 0,34 (mg/l.km) Đợt 3

3,00 2,67 0,01 0,37 Đợt 4

+, NO3

Mặc dù các mẫu nước được lấy ở hai vị trí chịu tác động khác nhau từ nguồn -. Điều thải nhưng chỉ số CSUL không ổn định đối với các thông số COD, NH4

đó được thể hiện ở sự thay đổi không có quy luật, đôi khi CSUL ≤ 0. Tuy nhiên, với

thông số tổng P, chỉ số CSUL tương đối ổn định và các giá trị đều dương chứng tỏ

nước sông có khả năng tự làm sạch theo khoảng cách từ nguồn thải đối với thông số

này.

Trong các đợt quan trắc, chỉ có đợt 4 (mẫu lấy trong điều kiện mưa phùn) có chỉ

số CSUL của đoạn sông đối với cả bốn thông số đánh giá đều dương. Các đợt quan trắc

còn lại, chỉ số CSUL đối với các thông số có thể âm hoặc dương, hoặc bằng không. Giá

trị CSUL không ổn định cho thấy có nhiều nguồn thải không xác định ảnh hưởng đến

khả năng tự làm sạch của nước, ví dụ như tình trạng đổ phế liệu, rác thải ở hai bên bờ

sông…

43

Như vậy, đối với sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội, đánh giá khả

năng tự làm sạch trong điều kiện thực tế ít mang lại hiệu quả cho công tác quản lý môi

trường. Với mong muốn xây dựng một phương pháp mới để xác định điều kiện tối ưu

cho quá trình tự làm sạch của nước sông, chúng tôi sử dụng mô hình nghiên cứu đã

được trình bày trong mục 2.5.2 và 2.5.3.

Từ kết quả đánh giá hiện trạng và khả năng tự làm sạch của nước sông Nhuệ cho

thấy, vị trí SN2 tuy ở xa nguồn thải nhưng lại chưa thể hiện được khả năng tự làm sạch.

Do vậy, chúng tôi lựa chọn SN2 làm vị trí lấy mẫu cho mô hình nghiên cứu trong

phòng thí nghiệm.

3.2. Kết quả đánh giá khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ trong mô hình

Mẫu nước đầu vào cho mô hình được lấy vào ngày 29/3/2016 trong điều kiện

khí tượng: trời râm mát, nhiều mây, không mưa. Mực nước sâu 1,5 m. Ngày 0 là kết

quả phân tích của mẫu nước sông đầu vào.

Nạp mẫu vào các cột và tiến hành thực nghiệm theo mục 2.5.2.

3.2.1. Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình

Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong quá trình thí nghiệm

được thể hiện ở bảng 1 phần phụ lục và các hình 3.1. đến 3.3.

44

35

Nhiệt độ

30

25

C1-1

C1-2

20

C1-3

i

15

) C 0 ( ộ đ t ệ h N

C1-4

10

C1-5

5

C2

0

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Ngày 14

Ngày 15

Thời gian

9

Hình 3.1. Diễn biến thông số nhiệt độ

pH

8.5

C1-1

8

C1-2

7.5

H p

C1-3

C1-4

7

C1-5

6.5

C2

6

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Ngày 14

Ngày 15

Thời gian

Hình 3.2. Diễn biến thông số pH

45

9

DO

8

7

C1-1

6

C1-2

5

) l / g m

(

C1-3

4

O D

C1-4

3

2

C1-5

1

C2

0

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Ngày 14

Ngày 15

Thời gian

Hình 3.3. Diễn biến thông số DO

Nhiệt độ của nước trong các cột nằm trong khoảng từ 20,5 đến 30,0 0C. Khoảng

nhiệt độ này thuận lợi cho sự sinh trưởng của nhiều chủng vi sinh vật trong môi trường

nước.

Giá trị pH dao động trong khoảng 7,13 đến 7,88 ở cột 1; từ 7,32 đến 7,96 ở cột 2

và từ 7,58 đến 8,44 ở cột 3. Các khoảng pH này đều nằm ở mức tương đối trung tính.

Theo thời gian, xu hướng pH ở cột 1 và cột 2 giảm dần còn tại cột 3 pH tăng dần. Tuy

nhiên mức độ thay đổi các giá trị pH không nhiều.

Giá trị DO của nước sông Nhuệ tại thời điểm lấy mẫu là 0,95 mg/l, thấp hơn rất

nhiều so với giá trị giới hạn cho phép trong QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1).

Khi đưa nước sông vào mô hình, các cột thí nghiệm đều có hàm lượng oxy hòa tan

tăng lên. Ở cột 1, điều kiện tĩnh, giá trị DO tăng dần và cao nhất là 2,97 mg/l. Tuy

nhiên, nước có mùi thối, từ ngày 3 xuất hiện lớp váng màu đen ngăn cản sự khuếch tán

oxy vào nước. Ở cột 2, điều kiện khấy trộn, giá trị DO tăng dần sau 1 ngày đạt 3,66

mg/l sau đó không thay đổi nhiều trong các ngày tiếp theo. Ở cột 3, điều kiện hiếu khí,

46

DO tăng dần đạt giá trị trên 7 mg/l từ ngày thứ 3 trở đi. Trong cột 2 và cột 3, từ ngày

thứ 2 trở đi nước hầu như không còn mùi hôi thối.

3.2.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch đối với các thông số

a) Thông số COD

Diễn biến thông số COD trong mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của mẫu

nước nghieenn cứu được thể hiện trong bảng 3.3 và hình 3.4:

Bảng 3.3. Kết quả phân tích COD

Đơn vị: mg/l

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

Ký

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

hiệu

C1-1 52 50 42 44 40 32 32 29 29 31 23 20 22 24

C1-2 52 47 47 40 37 35 35 31 32 30 34 31 27 25

C1-3 52 44 39 38 36 33 34 36 38 39 35 34 22 24

C1-4 52 47 44 37 37 32 35 26 30 24 29 29 28 29

C1-5 52 39 42 40 41 35 32 31 31 24 20 21 16 25

C2 52 35 25 25 20 12 19 15 11 8 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 29

C3 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 52 39 23 21 15 9 9 8 7 21

47

60

COD

50

C1-1

40

C1-2

) l / g m

(

30

C1-3

D O C

C1-4

20

C1-5

10

C2

0

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Thời gian

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của thông số COD

Giá trị COD của nước sông Nhuệ tại thời điểm lấy mẫu là 52 mg/l, cao gấp 1,73

lần so với giá trị giới hạn cho phép quy định trong QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột

B1. Điều này cho thấy nước sông bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ.

Sau 2 ngày, nước ở điều kiện khuấy trộn và điều kiện hiếu khí tự làm sạch đối

với thông số COD (giá trị COD đạt cột B1 – nước sử dụng cho mục đích tưới tiêu, thủy

lợi và các mục đích tương đương khác). Thời gian cần thiết để nước tự làm sạch triệt

để thông số COD là 11 ngày (điều kiện hiếu khí) và 12 ngày (điều kiện khuấy trộn).

Trong quan sát thực tế tại cột 2, nước xuất hiện nhiều bông cặn lơ lửng và lắng tạo bùn

sau khoảng 5 ngày.

Như vậy, ở điều kiện tĩnh, giá trị COD giảm dần và tự làm sạch trong 7 ngày đối

với vị trí C1-4; 9 ngày đối với vị trí C1-5; 10 ngày đối với vị trí C1-1 và 12 ngày đối

với vị trí C1-2, C1-3.

Áp dụng công thức (2.2) để tính toán tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với

thông số COD. Kết quả thu được như sau:

48

Bảng 3.4.Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số COD

STT Ký hiệu mẫu t (ngày) Ci (mg/l) Cj (mg/l) (mg/l.ngày)

1 C1-1 10 52 24 2,80

2 C1-2 12 52 25 2,25

3 C1-3 13 52 24 2,15

4 C1-4 7 52 29 3,29

5 C1-5 9 52 25 3,00

6 C2 2 52 29 11,50

7 C3 2 52 21 15,50

Như vậy, tốc độ tự làm sạch của mẫu nước sông nghiên cứu đối với thông số

COD trong điều kiện tĩnh trong khoảng từ 2,15 đến 3,29 mg/l.ngày, trong điều kiện

khuấy trộn là 11,5 mg/l.ngày và trong điều kiện hiếu khí là 15,5 mg/l.ngày.

+

+ trong mô hình được thể hiện trong bảng 3.5 và hình

b) Thông số NH4

Diễn biến thông số NH4

+

3.5:

Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm lượng NH4

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

Đơn vị: mgN/l

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

Ký hiệu

C1-1 25,6 25,5 24,9 23,8 22,1 22,8 21,3 20,1 19,3 20,2 21,2 20,3 19,9 19,2 19,7 19,4

C1-2 25,6 24,7 24,9 23,9 24,0 23,2 22,0 20,0 19,1 22,2 25,4 24,5 22,2 20,1 20,2 20,0

C1-3 25,6 24,5 24,1 23,8 22,7 23,6 22,4 21,9 21,5 22,7 23,3 22,4 22,0 22,0 20,9 20,1

C1-4 25,6 24,2 24,4 25,3 22,4 23,6 20,9 21,0 21,2 21,5 23,3 23,0 22,7 22,9 23,0 22,7

49

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

Ký hiệu

C1-5 25,6 24,8 24,1 24,7 23,3 24,5 22,5 21,9 21,6 22,0 22,5 23,1 22,9 23,2 23,5 22,9

25,6 24,8 24,2 25,2 22,7 22,7 20,7 17,4 16,1 14,8 14,5 6,4 4,7 2,4 1,0 0,8 C2

30

25,6 25,1 24,9 25,0 24,1 22,9 20,9 18,0 17,2 16,8 12,0 5,7 3,7 1,2 0,7 0,5 C3

+

NH4

25

C1-1

20

C1-2

) l / N g m

15

( +

C1-3

C1-4

10

4 H N C

C1-5

5

C2

0

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Ngày 14

Ngày 15

Thời gian

+

+ tại thời điểm lấy mẫu đầu vào cho mô hình là 25,6 mgN/l, cao

Hình 3.5. Diễn biến thông số NH4

Hàm lượng NH4

hơn 28,4 lần giá trị giới hạn cho phép trong QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột B1. Bên + có thể là sản phẩm của các cạnh đó, giá trị DO trong nước sông rất thấp, vì vậy NH4

quá trình chuyển hóa hợp chất của nitơ ở điều kiện yếm khí.

+ giảm dần theo thời gian, đặc biệt giảm nhanh ở điều kiện + không

Hàm lượng NH4

khuấy trộn và hiếu khí từ ngày thứ 6 trở đi. Ở điều kiện tĩnh, hàm lượng NH4

thay đổi nhiều.

50

+. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.6:

Áp dụng công thức (2.2) để tính toán tốc độ tự làm sạch của mẫu nước nghiên

+

cứu trong mô hình đối với thông số NH4

Bảng 3.6. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số NH4

STT Ký hiệu mẫu t (ngày) Ci (mg/l) Cj (mg/l)

1 2 3 4 5 6 7 - - - - - 15 14 25,6 25,6 25,6 25,6 25,6 25,6 25,6 (mgN/l.ngày) - - - - - 1,65 1,78 - - - - - 0,8 0,7 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3

Như vậy, mẫu nước sông nghiên cứu không có khả năng tự làm sạch đối với + trong điều kiện tĩnh còn trong điều kiện khuấy trộn thì tốc độ tự làm thông số NH4

sạch là 1,65 mgN/l.ngày, trong điều kiện hiếu khí là 1,78 mgN/l.ngày.

-

c) Thông số NO3

nhiễm bởi thông số NO3

+, NO2

NH4

Nitrobacter. Khi xảy ra quá trình tự làm sạch đối với thông số NH4

- nhưng không đánh giá khả năng tự làm sạch đối với thông số này.

Kết quả phân tích chất lượng nước sông Nhuệ cho thấy nước sông không bị ô -. Tuy nhiên, nitrat là sản phẩm của quá trình chuyển hóa - trong nước ở điều kiện hiếu khí do các chủng vi sinh vật Nitrozomonas và + đồng thời sẽ làm - trong nước tăng lên. Vì vậy, chúng tôi thực hiện theo dõi diễn biến hàm lượng NO3

-

giá trị NO3

Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng NO3

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

Đơn vị: mgN/l

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

Ký hiệu

51

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

N g à y

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

Ký hiệu

25

C1-1 0,04 0,00 0,11 0,37 0,08 0,18 0,10 0,12 0,07 0,17 0,22 0,47 0,07 0,06 0,07 0,12 C1-2 0,04 0,03 0,10 0,27 0,10 0,03 0,05 0,07 0,08 0,20 0,23 0,15 0,10 0,14 0,09 0,10 C1-3 0,04 0,07 0,17 0,23 0,11 0,05 0,08 0,08 0,03 0,03 0,19 0,16 0,08 0,09 0,19 0,10 C1-4 0,04 0,03 0,09 0,05 0,05 0,04 0,07 0,09 0,06 0,06 0,21 0,20 0,19 0,10 0,16 0,17 C1-5 0,04 0,08 0,05 0,04 0,04 0,05 0,06 0,02 0,04 0,04 0,15 0,09 0,06 0,05 0,07 0,09 0,04 0,03 0,08 0,16 0,13 0,32 0,28 0,60 1,02 3,80 6,34 8,60 10,3 14,5 15,7 18,8 C2 0,04 0,06 0,22 0,57 0,03 0,07 0,12 0,21 0,39 1,20 2,90 9,30 11,1 12,4 17,7 19,5 C3

-

NO3

20

C1-1

15

C1-2

) l / N g m

( -

C1-3

10

C1-4

3 O N C

C1-5

5

C2

0

C3

Ngày 0

Ngày 1

Ngày 2

Ngày 3

Ngày 4

Ngày 5

Ngày 6

Ngày 7

Ngày 8

Ngày 9

Ngày 10

Ngày 11

Ngày 12

Ngày 13

Ngày 14

Ngày 15

Thời gian

-

Hình 3.6. Diễn biến thông số NO3

- tăng nhanh ở điều kiện khuấy trộn từ ngày thứ 8 trở đi và ở - tăng lên

Hàm lượng NO3

điều kiện sục không khí từ ngày thứ 9 trở đi. Ở điều kiện tĩnh, hàm lượng NO3

không nhiều.

Hàm lượng NO3

- trong nước sau quá trình tự làm sạch cao. Chúng tôi đề xuất - là dạng đạm dễ hấp - trong nước. Vì NO3

phương pháp sử dụng thực vật để xử lý NO3

thụ nhất cho thực vật.

52

d) Thông số tổng P

Kết quả phân tích thông số tổng P được thể hiện trong bảng 3.8 và hình 3.7:

Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng tổng P

Đơn vị: mgP/l

Ngày 0 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4 Ngày 5 Ngày 6 Ngày 7 Ngày 8 Ký hiệu

1,88 1,71 1,69 1,58 1,32 0,48 0,09 0,02 C1-1

1,88 1,68 1,59 1,52 1,19 1,01 0,23 0,32 0,10 C1-2 0,14

C1-3 1,88 1,65 1,70 1,58 1,10 1,27 0,95 0,10

C1-4 1,88 2,04 1,71 1,46 1,36 1,11 0,97 0,30 0,63

C1-5 1,88 2,13 1,81 1,49 1,05 0,88 0,60 0,28 0,16 0,24

1,88 1,98 1,91 1,23 1,10 0,67 0,48 0,07 C2 0,18

2.5

1,88 1,65 1,62 1,46 1,32 0,82 0,32 0,01 C3 0,16

Tổng P

2

C1-1

C1-2

1.5

) l / P g m

C1-3

1

C1-4

( P g n ổ T

C1-5

0.5

C2

C3

0

Ngày 0 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4 Ngày 5 Ngày 6 Ngày 7 Ngày 8

Thời gian

Hình 3.7. Diễn biến thông số tổng P

53

Hàm lượng tổng P trong nước sông Nhuệ đầu vào cho mô hình là 1,88 mgP/l,

sau đó giảm dần theo thời gian ở cả ba cột.

Áp dụng giới hạn tối đa cho phép đối với thông số tổng P là 0,3 mgP/l để xác

định thời gian cần thiết tự làm sạch, tính toán tốc độ tự làm sạch của mẫu nước sông

trong mô hình đối với thông số tổng P. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.9:

Bảng 3.9. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số tổng P

STT Ký hiệu mẫu t (ngày) Ci (mg/l) Cj (mg/l) Lls (tổng P) (mgP/l.ngày)

1 6 1,88 0,23 0,28 C1-1

2 7 1,88 0,14 0,25 C1-2

3 7 1,88 0,30 0,23 C1-3

4 8 1,88 0,28 0,20 C1-4

5 7 1,88 0,24 0,23 C1-5

6 7 1,88 0,18 0,24 C2

7 7 1,88 0,16 0,25 C3

Như vậy, ở cả ba điều kiện: tĩnh, khuấy trộn và hiếu khí, nước sông Nhuệ đều có

khả năng tự làm sạch đối với thông số tổng P. Khả năng tự làm sạch đạt giá trị trong

khoảng từ 0,2 đến 0,28 mgP/l.ngày.

3.3. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông Nhuệ trong

mô hình

Sau khi nước sông đã tự làm sạch, tiến hành thêm nước thải giả định vào các cột

nước để đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông theo quy trình thực

nghiệm được trình bày trong mục 2.5.4.

Từ kết quả tính toán tốc độ tự làm sạch (Lls) đối với từng thông số ở mỗi điều

kiện trong mô hình. Chúng tôi lựa chọn một giá trị Lls xác định làm mức nồng độ chất

54

thải giả định tăng thêm chung cho cả 3 cột. Các giá trị được lựa chọn tương ứng với

+) = 1,6; Lls (tổng P) = 0,2.

+ nên chúng

các thông số như sau: Lls (COD) = 2,4; Lls (NH4

+ cho cột 1.

Ở điều kiện tĩnh, nước không thể tự làm sạch đối với thông số NH4

tôi không đánh giá khả năng tiếp nhận NH4

Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải ở các khoảng nồng độ thêm a =

Lls/2; Lls; 2Lls; 10Lls; 50Lls; 100Lls được thể hiện ở các bảng từ 3.10 đến 3.17.

3.3.1. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls/2

Kết quả được thể hiện trong bảng 3.10.

Bảng 3.10. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

+ = 0,8 (mgN/l); a tổng P = 0,1 (mgP/l)

a = Lls/2

Giá trị thêm vào: a COD = 1,2 (mg/l); a NH4

Vị trí lấy mẫu C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

28,0 28,3 28,1 27,9 28,2 28,0

Nhiệt độ (0C) pH 7,75 7,81 7,75 7,74 7,66 7,87

DO (mg/l) 2,13 2,2 2,92 2,52 3,25 7,32

19 19 14 37 ≤ 5 ≤ 5

- - - - 0,5 0,2

COD (mg/l) + (mgN/l) NH4 Tổng P (mgP/l) 0,02 0,09 0,12 0,03 0,02 0,1

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

28,5 28,2 28,2 28,2 28,1 28,0

Nhiệt độ (0C) pH 7,03 7,06 7,08 7,06 7,46 8,03

DO (mg/l) 2,36 2,72 2,43 2,39 3,00 6,72

10 11 9 18 ≤ 5 ≤ 5

- - - - 0,89 0,81

COD (mg/l) + (mgN/l) NH4 Tổng P (mgP/l) 0,18 0,11 0,16 0,19 0,12 0,07

55

Khi thêm nước thải giả định ở ở khoảng nồng độ thêm Lls/2, sau một ngày nước + và tổng P ở cả ba điều kiện khác sông đã tự làm sạch được các thông số COD, NH4

nhau.

Như vậy, mẫu nước sông Nhuệ nghiên cứu ở ba điều kiện thí nghiệm có khả + = 0,8 năng tiếp nhận nước thải tương ứng: Ltn COD = 1,2 (mg/l.ngày); Ltn NH4

(mgN/l.ngày) (trừ điều kiện tĩnh); Ltn tổng P = 0,1 (mgP/l.ngày).

Cần tiếp tục thêm nước thải giả định với giá trị a tăng lên để đánh giá khả năng

tiếp nhận tối đa chất ô nhiễm của nguồn nước.

3.3.2. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = Lls

Kết quả theo dõi chất lượng nước trong mô hình được thể hiện trong bảng 3.11.

Bảng 3.11. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

+ = 1,6 (mgN/l); a tổng P = 0,2 (mgP/l)

a = Lls

Giá trị thêm vào: a COD = 2,4 (mg/l); a NH4

Vị trí lấy mẫu C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

28,5 28,2 28,2 28,1 28,0 28,2

Nhiệt độ (0C) pH 7,03 7,08 7,06 7,46 8,03 7,06

DO (mg/l) 2,36 2,43 2,39 3,00 6,72 2,72

10 9 18 ≤ 5 ≤ 5 11

- - - 0,89 0,81 -

COD (mg/l) + (mgN/l) NH4 Tổng P (mgP/l) 0,12 0,07 0,18 0,11 0,16 0,19

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

28,3 27,9 27,7 27,9 27,5 28,1

Nhiệt độ (0C) pH 7,80 7,93 7,80 6,94 7,96 7,88

DO (mg/l) 2,27 2,2 2,92 2,52 6,89 2,13

COD (mg/l) 13 12 13 ≤ 5 ≤ 5 15

56

+ (mgN/l) NH4 Tổng P (mgP/l)

- - - - 2,5 2,4

0,31 0,33 0,29 0,30 0,30 0,28

Sau khi thêm nước thải giả định 2 ngày

28,0 27,9 27,8 28,2 28,4 27,9

Nhiệt độ (0C) pH 7,48 7,55 7,45 7,56 7,46 8,0

2,65 2,63 1,78 1,33 2,12 6,67

- - - - 1,8 1,3

DO (mg/l) + (mgN/l) NH4 Tổng P (mgP/l) 0,19 0,21 0,22 0,24 0,13 0,05

Sau khi thêm nước thải giả định 3 ngày

27,9 27,8 27,7 27,7 28,1 27,4

Nhiệt độ (0C) pH 7,13 7,06 7,18 7,29 7,46 7,93

2,27 2,13 2,2 2,92 2,52 6,89

DO (mg/l) + (mgN/l) - - - - 1,3 0,97 NH4

Sau khi thêm nước thải giả định 4 ngày

28,0 27,9 27,8 28,2 28,4 27,9

Nhiệt độ (0C) pH 7,48 7,55 7,45 7,45 7,46 8,0

2,65 2,63 1,78 1,33 2,12 6,67

DO (mg/l) + (mgN/l) - - - - 0,81 0,68 NH4

Khi thêm nước thải giả định ở ở khoảng nồng độ thêm Lls, sau một ngày nước

sông đã tự làm sạch được thông số COD; sau từ một đến hai ngày tự làm sạch được + cần 4 ngày để tự thông số tổng P ở cả ba điều kiện khác nhau. Đối với thông số NH4

+ = 1,6 (mgN/l); a tổng P = 0,2

làm sạch ở điều kiện khuấy trộn và hiếu khí.

Thay các giá trị: a COD = 2,4 (mg/l); a NH4

(mgP/l) vào công thức (2.3) để tính toán khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước

sông Nhuệ. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.12:

Bảng 3.12. Khả năng tiếp nhận của nước sông khi giá trị thêm a = Lls

57

t t (tổng Ký

+)

STT P) (COD) hiệu Ltn (COD) (mg/l.ngày) Ltn (NH4 (mgN/l.ngày) Ltn (tổng P) (mgP/l.ngày) t +) (NH4 (ngày) (ngày) (ngày)

1 1 C1-1 - 1 2,4 - 0,2

1 2 C1-2 - 1 2,4 - 0,2

1 3 C1-3 - 2 2,4 - 0,1

1 4 C1-4 - 2 2,4 - 0,1

1 5 C2 4 1 2,4 0,4 0,2

1 6 C3 4 1 2,4 0,4 0,2

+ ở điều kiện khuấy trộn và hiếu khí tối đa là 0,8

So sánh các giá trị Ltn ở bảng 3.10 và 3.12, ta thấy:

Ltn đối với thông số NH4

mgN/l.ngày.

Ở khoảng nồng độ thêm a = Lls, Ltn đối với thông số tổng P ở điều kiện hiếu khí,

điều kiện khuấy trộn và điều kiện tĩnh (các vị trí C1-1, C1-2) là 0,2 mgP/l.ngày. Khi đó

hàm lượng tổng P vừa đạt ngưỡng cho phép theo QCVN nên đây chính là khả năng

tiếp nhận tối đa của mẫu nước sông nghiên cứu đối với thông số tổng P. Các vị trí C1-

3, C1-4 có Ltn tối đa là 0,1 mgP/l.ngày.

Khả năng tiếp nhận đối với thông số COD ở cả ba điều kiện đều là 2,4

mg/l.ngày.

Như vậy, đã xác định được khả năng tiếp nhận tối đa của nước sông đối với các +, tổng P. Cần tiếp tục thêm nước thải giả định COD để có thể đánh giá thông số NH4

được khả năng tiếp nhận tối đa của nước sông.

3.3.3. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 2Lls

Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận cho thông số COD được thể hiện trong

bảng 3.13.

58

Bảng 3.13. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

2Lls

Giá trị thêm vào: a COD = 5 (mg/l)

C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

27,9 27,7 27,7 28,1 27,4 27,8

Nhiệt độ (0C) pH 7,08 7,08 7,05 7,46 7,91 7,05

DO (mg/l) 2,56 2,24 2,13 3,41 6,89 2,46

COD (mg/l) 7 10 16 ≤ 5 ≤ 5 9

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

29,7 29,1 29,1 29,9 29,0 29,2

Nhiệt độ (0C) pH 6,89 6,93 6,80 6,95 7,91 7,04

DO (mg/l) 2,33 2,49 2,12 2,58 6,97 2,39

COD (mg/l) ≤ 5 15 17 10 ≤ 5 12

Sau 1 ngày nước đã tự làm sạch ở cả 3 điều kiện khác nhau. Khi đó, Ltn đối với

thông số COD ở cả 3 điều kiện có giá trị là 5 mg/l.ngày.

Để có thể đánh giá khả năng tiếp nhận tối đa của nguồn nước cần tăng giá trị a.

3.3.4. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 10Lls

Kết quả phân tích COD tại các vị trí lấy mẫu của mô hình được thể hiện trong

bảng 3.14.

Bảng 3.14. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

10Lls

Giá trị thêm vào: a COD = 24 (mg/l)

C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

59

29,7 29,2 29,1 29,1 29,9 29,0

Nhiệt độ (0C) pH 6,89 7,04 6,93 6,80 6,95 7,91

DO (mg/l) 2,33 2,39 2,49 2,12 2,58 6,97

COD (mg/l) ≤ 5 12 15 17 10 ≤ 5

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

30,1 30,0 30,5 30,3 30,2 30,0

Nhiệt độ (0C) pH 6,6 6,63 6,61 6,61 6,75 7,91

DO (mg/l) 2,30 2,25 1,87 1,91 2,29 6,91

COD (mg/l) 17 19 ≤ 5 19 22 12

Sau 1 ngày nước đã tự làm sạch đối với thông số COD ở cả 3 điều kiện khác

nhau. Khi đó, khả năng tiếp nhận Ltn đối với thông số COD ở cả 3 điều kiện có giá trị

là 24 mg/l.ngày.

Tiếp tục tăng giá trị a để đánh giá khả năng tiếp nhận tối đa của nguồn nước.

3.3.5. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 50Lls

Kết quả phân tích COD tại các vị trí lấy mẫu của mô hình được thể hiện trong

bảng 3.15.

Bảng 3.15. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

50Lls

Giá trị thêm vào: a COD = 120 (mg/l)

C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

30,0 30,1 30,2 30,1 30,4 30,1

Nhiệt độ (0C) pH 6,63 6,55 6,51 6,60 6,58 7,90

DO (mg/l) 2,38 2,34 2,27 2,00 2,11 7,32

COD (mg/l) 10 20 8 9 13 ≤ 5

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

60

30,0 30,0 30,2 30,1 30,2 30,0

Nhiệt độ (0C) pH 6,47 6,49 6,53 6,60 6,99 7,99

DO (mg/l) 2,05 2,03 1,98 1,41 2,10 6,77

COD (mg/l) 65 15 15 9 29 19

Sau khi thêm nước thải giả định 2 ngày

30,3 30,2 30,1 30,1 29,7 29,5

Nhiệt độ (0C) pH 6,38 6,47 6,40 6,39 6,55 7,67

DO (mg/l) 2,1 2,21 2,08 1,82 2,18 6,97

COD (mg/l) 7 9 ≤ 5 9 27 ≤ 5

Sau khi tiếp nhận thêm ở nồng độ a COD = 120 (mg/l), sau 1 ngày nước ở điều

kiện tĩnh và hiếu khí tự làm sạch. Ở điều kiện khuấy trộn cần 2 ngày để thực hiện quá

trình này.

Như vậy, khả năng tiếp nhận Ltn đối với thông số COD ở điều kiện tĩnh và hiếu

khí là 120 mg/l.ngày; ở điều kiện khuấy trộn Ltn là 60 mg/l.ngày.

Cần tăng giá trị a để đánh giá khả năng tiếp nhận tối đa của nguồn nước.

3.3.6. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm a = 100Lls

Kết quả phân tích COD tại các vị trí lấy mẫu của mô hình được thể hiện trong

bảng 3.16.

Bảng 3.16. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm

100Lls

Giá trị thêm vào: a COD = 240 (mg/l)

C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C2 C3

Nồng độ ban đầu

30,3 30,2 30,1 30,1 29,7 29,5

Nhiệt độ (0C) pH 6,38 6,47 6,40 6,39 6,55 7,67

DO (mg/l) 2,1 2,21 2,08 1,82 2,18 6,97

61

COD (mg/l) 7 9 ≤ 5 9 27 ≤ 5

Sau khi thêm nước thải giả định 1 ngày

29,1 29,0 29,3 28,8 29,7 29,2

Nhiệt độ (0C) pH 5,07 5,08 5,07 7,46 5,08 5,07

DO (mg/l) 1,56 1,61 2,62 7,08 1,94 2,26

COD (mg/l) 112 129 164 139 142 28

Sau khi thêm nước thải giả định 2 ngày

28,7 28,7 28,9 28,4 28,8 28,7

Nhiệt độ (0C) pH 5,07 5,03 5,38 7,73 5,09 5,05

DO (mg/l) 2,57 2,01 2,97 7,0 2,34 3,01

COD (mg/l) 87 79 152 109 97 ≤ 5

Sau khi thêm nước thải giả định 3 ngày

30,0 30,5 30,2 30,0 30,1 30,0

Nhiệt độ (0C) pH 4,94 4,91 4,98 7,30 4,94 4,92

DO (mg/l) 2,02 1,83 2,6 6,25 1,8 2,79

COD (mg/l) 74 52 94 54 8 29

Sau khi thêm nước thải giả định 4 ngày

30,1 30,1 29,7 29,5 30,3 30,2

Nhiệt độ (0C) pH 4,75 4,87 4,77 7,32 4,88 4,81

DO (mg/l) 1,57 2,81 2,39 6,12 1,67 1,85

COD (mg/l) 41 23 18 ≤ 5 18 26

Sau khi thêm nước thải giả định 5 ngày

31,1 31,1 31,3 29,9 31,2 31,2

Nhiệt độ (0C) pH 4,71 4,8 4,71 7,52 4,79 4,64

DO (mg/l) 2,45 2,77 3,01 5,34 1,34 1,82

COD (mg/l) 12 9 25 ≤ 5 ≤ 5 19

Sau khi tiếp nhận thêm ở nồng độ a COD = 240 (mg/l), sau 1 ngày nước ở điều

kiện hiếu khí đã tự làm sạch nên Ltn là 240 mg/l.ngày, khi đó giá trị COD vừa đạt

ngưỡng cho phép theo QCVN nên đây chính là khả năng tiếp nhận tối đa của mẫu nước

sông nghiên cứu ở điều kiện hiếu khí.

62

Ở điều kiện tĩnh thời gian cần thiết để nước sau khi tiếp nhận thêm chất ô

nhiễm, COD nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN là 3 ngày (vị trí C1-2) và 4 ngày

(các vị trí C1-1, C1-3, C1-4). Giá trị Ltn tương ứng là 80 mg/l.ngày và 60 mg/l.ngày. So

sánh với bảng 3.15 cho thấy giá trị Ltn (COD) tối đa của cột nước nghiên cứu ở điều

kiện tĩnh là 120 mg/l.ngày.

Ở điều kiện khuấy trộn, sau 5 ngày nước tự làm sạch nên Ltn là 48 mg/l.ngày. So

sánh với bảng 3.14 và 3.15 cho thấy giá trị Ltn (COD) tối đa của nước sông ở điều kiện

khuấy trộn là 60 mg/l.ngày.

Đối với thông số COD, chất ô nhiễm đưa vào là C6H12O6, là hợp chất hữu cơ rất

dễ phân hủy bởi vi sinh vật nên giá trị Ltn cao hơn rất nhiều lần so với giá trị Lls. Điều

này cho thấy loại hợp chất hữu cơ có trong nước ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng tự

làm sạch của nước.

63

KẾT LUẬN

Sau quá trình thực hiện luận văn, chúng tôi rút ra một số kết luận như sau:

1. Đã đánh giá hiện trạng và khả năng tự làm sạch của nước sông Nhuệ, lựa

-.

chọn vị trí lấy mẫu phù hợp cho nghiên cứu. Kết quả cho thấy trong các đợt lấy mẫu, +, tổng P. Chỉ số CSUL của nước sông Nhuệ đều bị ô nhiễm các thông số COD, NH4

+, NO3

Tuy đoạn sông không ổn định và đôi khi âm đối với các thông số COD, NH4

nhiên, với thông số tổng P, chỉ số CSUL ổn định hơn và các giá trị đều dương chứng tỏ

nước sông có khả năng tự làm sạch theo khoảng cách từ nguồn thải đối với thông số

này.

2. Đã xây dựng mô hình và đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông Nhuệ

ở 3 điều kiện: tĩnh (DO < 2 mg/l); khuấy trộn (2 mg/l DO 4 mg/l); hiếu khí (DO >

4 mg/l).

Đối với thông số COD: ở điều kiện tĩnh, thời gian cần thiết để nước sông tự làm

sạch từ 7 đến 12 ngày. Ở điều kiện khuấy trộn và hiếu khí, thời gian cần thiết là 2 ngày.

Tốc độ tự làm sạch của mẫu nước nghiên cứu trong điều kiện tĩnh là từ 2,15 đến 3,29

mg/l.ngày, trong điều kiện khuấy trộn là 11,5 mg/l.ngày và trong điều kiện hiếu khí là

15,5 mg/l.ngày.

+ ở điều kiện tĩnh, nước sông không có khả năng tự làm +. Ở điều kiện khuấy trộn, thời gian cần thiết để nước sông tự làm sạch là 15

Đối với thông số NH4

sạch NH4

ngày; điều kiện hiếu khí là 14 ngày. Tốc độ tự làm sạch của nước sông trong điều kiện

khuấy trộn là 1,65 mgN/l.ngày và trong điều kiện hiếu khí là 1,78 mgN/l.ngày.

Đối với thông số tổng P, ở cả ba điều kiện nước sông đều có khả năng tự làm

sạch đối với thông số tổng P. Thời gian cần thiết để nước sông tự làm sạch là từ 6 - 8

ngày. Tốc độ tự làm sạch đạt giá trị trong khoảng từ 0,2 đến 0,28 mgP/l.ngày.

64

3. Đã đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của mẫu nước nghiên cứu ở ba + ở điều kiện điều kiện giả định khác nhau. Khả năng tiếp nhận tối đa chất ô nhiễm NH4

khuấy trộn và hiếu khí là 0,8 mgN/l.ngày. Khả năng tiếp nhận tối đa đối với thông số

tổng P ở điều kiện hiếu khí và điều kiện khuấy trộn là 0,2 mgP/l.ngày, ở điều kiện tĩnh

là từ 0,1 - 0,2 mgP/l.ngày. Khả năng tiếp nhận tối đa đối với thông số COD ở điều kiện

hiếu khí là 240 mg/l.ngày, ở điều kiện khuấy trộn là 60 mg/l.ngày, ở điều kiện tĩnh là

120 mg/l.ngày.

65

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1. Lê Huy Bá (2009), Sinh thái môi trường học cơ bản (Fundamental environmental

ecology), NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.

2. Bộ Tài Nguyên và Môi Trường (2009), Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT, Thông tư

quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước.

3. Đặng Kim Chi (2011), Hóa học môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật.

4. Nguyễn Chí Công (2007), Nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá khả năng tiếp nhận

nước thải của nguồn nước phục vụ công tác cấp phép xả nước thải, Báo cáo tổng kết

đề tài cấp bộ Tài nguyên và Môi trường.

5. Trương Kim Cương (2016), “Hiện trạng và diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ”,

Báo cáo 55 năm Viện quy hoạch thủy lợi 1961 – 2016, tr. 204-207.

6. Nguyễn Bắc Giang, Nguyễn Thị Mai Dung (2012), “Đánh giá khả năng tiếp nhận

chất thải của đầm Cầu Hai, Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, tập 73,

số 4, năm 2012.

7. Bùi Tá Long (2008), Mô hình hóa môi trường, NXB ĐHQG TPHCM.

8. Nguyễn Thanh Sơn và cộng sự (2011), “Khảo sát hiện trạng tài nguyên nước lưu

vực sông Nhuệ - Đáy”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ

27, số1S (2011), tr. 227-234.

9. Phan Minh Thụ, Tôn Nữ Mỹ Nga (2015), “Khả năng tự làm sạch sinh học và lý

học của nước đầm Thủy Triều, Khánh Hòa”, Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản,

số 1/2015, tr. 57-62.

10. Tổng Cục Môi Trường (2010), Chương trình quan trắc tổng thể môi trường nước

lưu vực sông Nhuệ - Đáy giai đoạn 2010-2015, Hà Nội.

11. Lê Thị Trinh (2015), Giáo trình Hóa kỹ thuật môi trường ứng dụng, Trường Đại

học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

66

12. Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phương Loan, Đỗ Thanh Định (2011), “Thực trạng sử

dụng nước sông Nhuệ cho sản xuất nông nghiệp”, Tạp chí Khoa học và công nghệ

nông nghiệp Việt Nam, số 3(24).

13. Trung tâm quan trắc môi trường (2014), Báo cáo kết quả quan trắc môi trường

nhiệm vụ: “Quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy” đợt 1 năm 2014, Hà

Nội.

Tiếng Anh:

14. APHA (1998), Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, 20th edition, Washington, DC.

15. Butts, T. A., Kothandaraman, V., Evans, R. L. (1973), Practical Considerations for

Assessing the Waste Assimilative Capacity of Illinois Streams, Illinois State Water

Survey.

16. Carolyn Brown, Bruce Rodgers (2014), “Protecting surface water quality from

wastewater discharges through assimilative capacity studies”, Environmental Science

& Engineering Magazine, May/June 2014, pp. 42-44.

17. Duncan Mara, Nigel Horan (2003), Handbook of Water and Wastewater

Microbiology, School of Civil Engineering, University of Leeds, UK.

18. Hans-Joachim Jördening, Josef Winter (2005), Environmental Biotechnology

Concepts and Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

19. Khemlal Mahto, Indeewar Kumar (2015), “The Self Purification Model for Water

Pollution”, International Journal Of Mathematics And Statistics Invention, Volume 3,

Issue 1, pp. 17-32.

20. M.Hanelore (2013), “The process of self-purification in the rivers”, SGEM2013

Conference Proceedings, pp. 409-416.

67

21. Omole, D.O., Adewumi, I.K., Longe, E.O., Ogbiye, A.S. (2012), “Study of Auto

Purification Capacity of River Atuwara in Nigeria”, International Journal of

Engineering and Technology, Vol. 2, No. 2, pp. 229-235.

22. Shimin Tian, Zhaoyin Wang, Hongxia Shang (2011), “Study on the Self-

purification of Juma River”, Procedia Environmental Sciences, 11, pp. 1328–1333.

23. Streeter, H.W., Phelps, E.B. (1925), “A Study of the Pollution and Natural

Purification of the Ohio River”, Public Health Bulletin, No 146, Public Health Service,

Washington DC.

24. Taurai Bere (2005), The impact of sewage effluent and natural self-purification in

the upper Chinyika River below hatcliffe sewage works, Harare, University of

Zimbabwe, Zimbabwe.

25. Unesco, “Dispersion and self-purification of pollutants in surface water systems”,

Technical papers in hydrology, 23.

26. Yi-Chao Lee, Chen-Cheng Yang, Chao-Shi Chen, Shui-Ping Chang, Ching-Gung

Wen, Chih-Sheng Lee (2007), “Analysis of the Assimilative Capacity with Various

Dimensional Water Quality Models in the Tseng-Wen Reservoir (Taiwan)”,

Proceedings of the 2nd IASME/WSEAS International Conference on Water Resources,

Hydraulics & Hydrology, Slovenia.

68

PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình đánh giá

khả năng tự làm sạch của nước sông

PHỤ LỤC 2: Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu

69

PHỤ LỤC 1

Bảng 1. Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình đánh giá khả

năng tự làm sạch của nước sông

Ngày pH Ngày pH DO (mg/l) DO (mg/l) Ký hiệu mẫu Nhiệt độ (0C)

Ngày 0 20,5 7,58 0,95 Ngày 8 SN (Nước sông Nhuệ)

Ngày 1 Ngày 9

Ngày 2 Ngày 10

Ngày 3

Ngày 11 21,8 21,9 22,0 22,0 22,0 22,2 22,0 22,4 22,6 23,1 22,8 23,1 23,0 23,1 22,3 23,1 23,1 23,1 23,2 23,2 7,69 7,46 7,61 7,51 7,60 7,76 7,68 7,50 7,60 7,59 7,59 7,60 7,83 7,70 7,63 7,61 7,61 7,58 7,60 7,88 2,53 2,44 2,31 1,19 1,77 3,66 3,44 1,74 1,38 1,60 1,11 1,49 3,95 5,95 1,84 1,28 1,62 1,10 1,55 4,15 Nhiệt độ (0C) 26,7 26,8 26,8 26,6 26,5 27,0 26,7 26,9 26,9 27,0 27,0 27,1 27,2 27,1 26,9 26,9 27,0 27,0 27,1 27,2 27,1 27,0 26,9 27,0 27,1 27,1 27,3 7,81 7,81 7,77 7,65 7,63 7,46 8,28 7,76 7,60 7,52 7,69 7,53 7,61 8,22 7,34 7,64 7,32 7,43 7,56 7,57 8,37 7,45 7,34 7,50 7,43 7,55 7,54 1,71 2,24 2,06 2,04 1,42 3,61 7,12 2,97 2,73 2,24 2,53 1,80 3,97 7,42 2,87 2,76 2,44 2,67 1,90 3,78 7,42 2,83 2,81 2,80 2,71 1,90 3,82 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 Ký hiệu mẫu C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2

70

Ngày 4

Ngày 12

Ngày 5 Ngày 13

Ngày 6

Ngày 14

Ngày 7 Ngày 15

23,1 23,8 23,9 23,7 23,9 24,4 23,9 23,7 24,3 24,2 24,1 24,1 24,1 24,2 24,1 25,4 25,5 26,1 25,8 26,1 26,5 26,0 26,8 26,8 26,7 26,8 26,8 26,9 26,7 7,72 7,61 7,65 7,67 7,65 7,67 7,96 7,89 7,61 7,67 7,67 7,71 7,67 7,92 8,34 7,67 7,70 7,68 7,75 7,88 7,89 8,44 7,70 7,78 7,78 7,78 7,78 7,67 8,32 7,25 1,50 2,06 1,28 1,68 0,98 4,05 7,56 1,52 1,47 1,35 1,33 1,13 3,93 7,76 1,81 2,16 2,25 2,18 1,66 3,98 7,54 2,00 2,16 2,21 2,43 1,76 3,85 7,69 8,40 7,37 7,40 7,55 7,37 7,40 7,37 8,37 7,39 7,48 7,56 7,58 7,61 7,36 8,35 7,55 7,45 7,42 7,29 7,51 7,32 8,35 7,31 7,32 7,37 7,45 7,13 7,36 8,18 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C2 C3 27,2 27,4 27,3 27,5 27,4 27,6 27,8 27,7 27,9 27,7 27,6 27,6 27,7 27,9 27,8 28,6 28,7 28,6 28,7 28,8 28,9 28,7 29,6 29,8 29,8 29,6 29,8 30,0 29,7 7,12 2,51 2,29 2,01 2,44 2,19 3,97 7,14 2,57 2,32 2,07 2,55 2,06 3,93 7,25 2,63 2,52 2,49 2,25 2,22 3,99 7,20 2,71 2,34 2,26 2,14 1,99 3,69 7,19

71

PHỤ LỤC 2

Hình 1.a. Sông Nhuệ tại vị trí SN1 ngày Hình 1.b. Sông Nhuệ tại vị trí SN2 ngày

21/3/2016 21/3/2016

Cột 3 sau 3 ngày tự làm sạch Cột 1 sau 15 ngày tự làm sạch Cột 3 sau 15 ngày tự làm sạch Cột 1 sau 3 ngày tự làm sạch, mặt nước xuất hiện váng đen

Hình 2. Hình ảnh của mẫu nước nghiên cứu trong các cột

Hình 3. Các mẫu nước lấy từ mô hình sau 3 ngày tự làm sạch

Hình 4.a. Mẫu nước ở 3 cột trước khi bắt Hình 4.b. Mẫu nước ở 3 cột sau khi thêm

đầu thêm nước thải giả định nước thải giả định a = 100Lls

72

73