Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Ảnh hưởng môi trường của việc sử dụng nước tái sinh ngành chế biến mủ cao su đến tưới cây lâu năm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận án bao gồm (i) Đánh giá tiềm năng tái sinh nước thải chế biến mủ cao su sau xử lý ở Bình Dương, (ii) Đánh giá tác động của nước tái sinh tưới cây cao su đến môi trường đất, nước dưới đất và xử lý ô nhiễm từ nước tái sinh, và (iii) Đề xuất quy định về chất lượng và các giải pháp tái sinh nước thải chế biến mủ cao su tưới cây cao su.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Ảnh hưởng môi trường của việc sử dụng nước tái sinh ngành chế biến mủ cao su đến tưới cây lâu năm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG VŨ XUÂN HUYÊN ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG NƯỚC TÁI SINH NGÀNH CHẾ BIẾN MỦ CAO SU ĐẾN TƯỚI CÂY LÂU NĂM Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số chuyên ngành: 9850101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2020
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Nguyễn Phước Dân Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Đặng Vũ Bích Hạnh Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. NGUYỄN PHƯỚC DÂN Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. ĐẶNG VŨ BÍCH HẠNH Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại ............................................................................................................. ............................................................................................................. vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp. HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Tạp chí quốc tế 1. Dang Vu Xuan Huyen, Dang Vu Bich Hanh , Huu Doan, Nguyen Tan Phong. “Secondary treated wastewater of latex processing – reusing for irrigation or treatment by membrane”, Research on Chemical Intermediates, Springer. Vol 46 (11), pp. 4853-4868. ISSN 0922-6168, Nov. 2020. Tạp chí trong nước 1. Đặng Vũ Xuân Huyên, Trịnh Thị Bích Huyền, Lại Duy Phương, Đặng Vũ Bích Hạnh, Nguyễn Phước Dân. “Đánh giá sự thay đổi chất lượng đất trồng cây từ việc tưới bằng nước thải sau xử lý”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ. Vol 139 (09), pp. 109-114. ISSN 1859-2171, 2015. 2. Dang Vu Xuan Huyen, Trinh Thi Bich Huyen, Dang Vu Bich Hanh, Nguyen Phuoc Dan. “Assessment impact of reclaimed water to soil quality based on soil microbial community toxicity”, Tạp chí Khoa học và công nghệ. Vol 127 (13), pp. 117-12. ISSN 1859-2171, 2014. 3. Dang Vu Xuan Huyen, Dang Vu Bich Hanh, Amira Abdelrasoul, Huu Doan, Nguyen Phuoc Dan. “Assessment of treated latex wastewater reuse for perennial tree irrigation on ground water quality”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ. Vol 127 (13), pp 111-115. ISSN 1859-2171, 2014. 4. Đặng Vũ Xuân Huyên, Phan Thanh Lâm, Phạm Hoàng Lâm, Đặng Vũ Bích Hạnh, Nguyễn Phước Dân. “Nghiên cứu ảnh hưởng của tái sử dụng nước thải chế biến cao su thiên nhiên cho tưới tiêu đến chất lượng nước ngầm ở Bình Dương”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ. Tập 51, số 5C, pp. 320-328. ISSN 0866708X, 2013.
Kỷ yếu hội nghị quốc tế 1. Dang Vu Xuan Huyen, Dang Vu Bich Hanh , Huu Doan, Nguyen Tan Phong. “Secondary treated wastewater of latex processing – reusing for irrigation or treatment by membrane filtration”, in Proc. The 7th HCMUT-TKU-OPU-KMITL- DLU-TNU Joint Symposium on Chemistry, Environment, Natural Sciences & Technologies (JSCENS-7), Hochiminh city, Oct. 2019, pp. 131-134 2. Dang Vu Xuan Huyen, Phan Thanh Lam, Dang Vu Bich Hanh, Nguyen Phuoc Dan. “Assessment of treated latex wastewater reuse for perennial tree irrigation on groundwater quality”, presented at Exceed Summer School on Energetic and Material Utilization of Biomass, Braunschweig, Germany, Sep. 2014. 3. Dang Vu Xuan Huyen, Dang Vu Bich Hanh, Le Van Khoa, Nguyen Phuoc Dan. “A review on water recycling for irrigation”, presented at DAAD Region workshop Water and Energy, Hanoi, Vietnam, 2013. 4. Dang Vu Xuan Huyen, Phan Thanh Lam, Dang Vu Bich Hanh, Nguyen Phuoc Dan. “Assessment of treatment removal of slow-rate land treatment for piggery and latex wastewater”, presented at the 2nd Int. Doctoral Student Sym. Water management in Society with Growing/ Grown Population, Hokkaido, Japan, 2013. Đề tài nghiên cứu khoa học 1. “Nghiên cứu tác động của nước tái sinh đến cây trồng nông nghiệp, cây cảnh và tầng đất mặt”. Mã số đề tài: C2017-20-40, đã nghiệm thu tháng 12 năm 2018. 2. “Nghiên cứu tác động của việc sử dụng nước thải sau xử lý để tưới cây đến chất lượng đất trồng cây”. Mã số đề tài: T-MTTN-2015-95, đã nghiệm thu tháng 12 năm 2015.
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Quản lý nước và nước thải bền vững là nội dung cốt lõi của Chương trình Nghị sự 2030 về phát triển bền vững của Liên Hiệp Quốc. Nước, theo Chương trình nghị sự 2030, được xem là nguồn sống của các hệ sinh thái, là điều kiện sống còn của loài người và là tiền đề cho sự thịnh vượng của các nền kinh tế. Tái sử dụng, tái sinh nước hay tận dụng nguồn dinh dưỡng đi theo nguồn nước này cần có đề xuất hướng dẫn phù hợp nhằm đảm bảo tái sử dụng an toàn các nguồn nước theo hướng bền vững [1], [2]. Nguồn nước thải có thể sử dụng cho nhiều mục đích như là tưới tiêu đất nông nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, tưới tiêu cảnh quan, các nhu cầu của đô thị và công nghiệp, sử dụng cho giải trí, mục đích môi trường và tải nạp nước ngầm. Trên nguyên tắc, nguồn nước thải được xử lý thích hợp đi kèm giải pháp phù hợp, có thể áp dụng vào các mục đích tương tự như nguồn nước ngọt [3]. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, sản lượng cao su Việt Nam hiện nay vào khoảng trên 1 triệu tấn/ năm, đứng hàng thứ ba trên thế giới. Chế biến mủ cao su (CBMCS) là một ngành sản xuất sử dụng nhiều nước và tạo ra lượng nước thải lớn trên 1 đơn vị sản phẩm. Trung bình hệ số phát thải của ngành cao su là 25 m3 nước thải/tấn cao su khối khô hoặc cao su tấm, 35 m3/tấn sản phẩm từ cao su thải và 18 m3/tấn mủ cao su. Nước thải CBMCS có thành phần phức tạp và rất biến động, đa dạng, phụ thuộc vào trình độ quản lý và hệ thống kỹ thuật chế biến mủ cao su. Tỉnh Bình Dương là một trong những vùng trọng điểm về phát triển ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên với 2 công ty cao su lớn thuộc Tập đoàn Công nghiệp Cao su Việt Nam là Phước Hòa và Dầu Tiếng. Tổng công ty cao su Việt Nam đã báo cáo rằng ngành công nghiệp cao su thải ra 10 triệu m3 nước thải hàng năm. Nước thải cao su có nồng độ COD cao, có thể từ 1.000 – 10.000 mg/L, BOD5 từ 1.700 – 9.000 mg/L và tổng nitơ từ 45 – 1.600mg/L [4]. Nước thải chế biến mủ cao su chưa qua xử lý có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng sức khoẻ con người [5]. Để đạt được quy chuẩn nước thải cột A cho ammonia và COD không phân hủy sinh học đòi hỏi quá trình xử lý bậc cao (sinh học hoặc hóa 1
lý), chi phí vận hành rất tốn kém. Chi phí vận hành do hóa chất và năng lượng điện có thể hơn gấp hai đến năm lần so với xử lý bậc II (tương ứng cột B) [6]. Với thành phần chất dinh dưỡng cao, việc định hướng sử dụng nước thải sau xử lý sinh học (xử lý bậc II) tương ứng với mức độ loại bỏ hầu hết chất hữu cơ dể phân hủy (BOD5 ≤ 50mg/L), nước thải từ các trạm xử lý có tiềm năng tái sử dụng cho tưới tiêu cây công nghiệp và thảm thực vật cảnh quan. Việc tái sử dụng nước thải sau xử lý của các nhà máy chế biến mủ cao su cho tưới tiêu sẽ giảm chi phí hóa chất và điện năng. Thêm vào đó tận dụng các thành phần dinh dưỡng (nitơ, photpho) trong nước thải nhằm cải tạo đất do cung cấp lượng vi sinh hữu ích và chất mùn sau xử lý sinh học hiếu khí. Nước thải chế biến mủ cao su như một nguồn phân bón và nguồn nước cho cây cọ dầu Elaesis guineensis, cây cỏ voi Pennisetum purpureum, cây cỏ gà Cynodon plectostachyus [7], cây cao su Hevea brasiliensis ở giai đoạn vườn ươm [8], và cây cỏ ghinê Panicum maximum [9]. Việc tái sử dụng nước thải cao su chủ yếu ở các doanh nghiệp có hệ thống xử lý đạt cột A, QCVN 40:2011/BTNMT hoặc QCVN01- MT:2015/BTNMT. Việc khai thác nước thải tái sinh còn gặp nhiều cản trở do thiếu những tiêu chuẩn, quy định và hướng dẫn sử dụng loại nước này trong các hoạt động nông nghiệp. Hầu hết các nhà máy, cơ sở chế biến mủ cao su được khảo sát đều không tái sử dụng nước thải sau xử lý. Một câu hỏi đặt ra là làm thế nào tái sử dụng nước thải CBMCS nhằm đáp ứng mục tiêu tái sử dụng nguồn tài nguyên nước và các chất dinh dưỡng đi theo nước thải, đồng thời không gây tác động đến nguồn tiếp nhận. Vì vậy, một vấn đề cần giải quyết là tìm ra mô hình xử lý hợp lý để tái sử dụng nước thải chế biến mủ cao su. Một trong những hướng giải quyết là sử dụng nước thải chế biến mủ cao su cho tưới cây. Tái sử dụng nước thải sau xử lý tận dụng chất dinh dưỡng cho cây trồng trên đất nông nghiệp được xem là một trong những kỹ thuật hiệu quả góp phần kiểm soát ô nhiễm nước thải [10]. Với mục tiêu là tái sử dụng nguồn tài nguyên nước sau chế biến mủ cao su và các chất dinh dưỡng đi theo nước thải, đồng thời hạn chế tác động đến môi trường nguồn tiếp nhận để cuối cùng đề xuất một quy trình có thể áp dụng trong thực tiễn quản lý môi trường; câu hỏi nghiên cứu đặt ra bao gồm: (i) Tiềm năng từ nước thải chế biến mủ cao su và dinh dưỡng đi theo nước thải là gì? (ii) Tái sử dụng nước thải chế biến mủ 2
cao su và dinh dưỡng đi theo nước thải có thể sử dụng như thế nào? (iii) Loại cây nào sẽ được sử dụng để nghiên cứu việc tái sử dụng nước thải cao su? (iv) Mức độ xử lý thích hợp cho nước thải chế biến mủ cao su để tái sử dụng như thế nào là phù hợp? (v) Tác động của việc tưới đến môi trường đất và nước dưới đất như thế nào? và (vi) Làm thế nào để quản lý nước tái sinh cho tưới cây cao su? Trên cơ sở đó, đề tài “Ảnh hưởng môi trường của việc sử dụng nước tái sinh ngành chế biến mủ cao su đến tưới cây lâu năm” được thực hiện nhằm xác định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải chế biến mủ cao su tái sử dụng cho tưới cây cao su nhằm hạn chế tác động đến môi trường nguồn tiếp nhận. Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận án bao gồm (i) Đánh giá tiềm năng tái sinh nước thải chế biến mủ cao su sau xử lý ở Bình Dương, (ii) Đánh giá tác động của nước tái sinh tưới cây cao su đến môi trường đất, nước dưới đất và xử lý ô nhiễm từ nước tái sinh, và (iii) Đề xuất quy định về chất lượng và các giải pháp tái sinh nước thải chế biến mủ cao su tưới cây cao su. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu khả năng tái sinh nước thải chế biến mủ cao su và chất dinh dưỡng (thông qua thông số ô nhiễm) đi theo nước thải cho tưới tiêu thông qua các quá trình chuyển hoá trong đất dựa trên việc xác định động học các quá trình chuyển hoá các chất trong đất. Ngành chế biến mủ cao su là ngành công nghiệp trọng điểm của tỉnh Bình Dương và cả nước. Chính vì vậy, về mặt thực tiễn quy định chất lượng và hướng dẫn quản lý là cơ sở giúp các nhà quản lý đề ra các chính sách áp dụng và kiểm soát nước thải chế biến mủ cao su không gây tác động đến môi trường nguồn tiếp nhận. Ngoài ra, các giải pháp đề xuất cho vùng trồng cây cao su thuộc tỉnh Bình Dương và các tỉnh lân cận có trồng cây cao su chính là những đóng góp có ý nghĩa thực tiễn của luận án. Phương pháp luận nghiên cứu Các chất vô cô, hữu cơ trong nước thải được tái sử dụng trở thành chất dinh dưỡng thông qua các con đường lý – hoá – sinh. Chất dinh dưỡng từ nước tái sinh được tưới vào đất trồng. Trong môi trường đất xảy ra các quá trình hấp phụ, quá trình hấp thụ, 3
quá trình thấm, quá trình phân huỷ sinh học của các hạt keo đất và hạt keo vi sinh. Các chất dinh dưỡng được hấp thụ bởi các vi sinh vật trong đất. Mối liên hệ của các đối tượng nghiên cứu của luận án được trình bày như Hình 1-1. NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU (thành phần, tính chất) Xử lý thích hợp (bậc hai) NƯỚC THẢI SAU XỬ LÝ (thành phần, tính chất) THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG VI SINH VẬT Môi trường ĐẤT Tác động CÂY CAO SU Môi trường NƯỚC DƯỚI ĐẤT Hình 1-1. Sơ đồ phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này, đối tượng nghiên cứu chính là nước thải chế biến mủ cao su sau xử lý được lấy từ Viện Cao su Bình Dương và công ty Liên Anh. Nước tái sinh này được đem đi tưới thử nghiệm trên đất trồng cây phi lương thực. Trong nhóm cây phi lương thực, nhóm cây lâu năm có cây cao su là loại cây có giá trị kinh tế cao, được trồng nhiều ở phía bắc tỉnh Bình Dương, và đây cũng là nơi tập trung nhiều nhà máy chế biến mủ cao su. Nước tái sinh được tưới thử nghiệm cho cây cao su đang trong độ tuổi khai thác mủ cao su và thấm vào đất trồng. Phía bắc tỉnh Bình Dương là khu vực có đất trồng với tính chất đất phù hợp với loại cây lâu năm như cây cao su. Khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu của đề tài thuộc phía bắc tỉnh Bình Dương (Hình 2-2), là nơi tập trung nhiều nhà máy chế biến mủ cao su và trồng cây cao su. Tại 5 khu vực lấy mẫu, ứng với 3 độ sâu khác nhau (là khoảng 0 ÷ 4 m, 4 ÷ 8 m, 8 ÷ 12 m) thì số lượng cột đất được khoan là 15 cột. 4
Nước thải Qui định về chất lượng và giải pháp tái sử dụng sau xử lý Cây cao su Đất trồng Vị trí trồng Đặc tính sinh Đặc tính thuỷ Tầng đất không Giá trị tối đa của trưởng văn bão hoà nước thông số ô nhiễm Khoảng cách Độ tuổi Sa cấu đất Chuyển hoá đến trạm trưởng thành CHC XLNT Quá trình hoá lý và sinh học ảnh hưởng Độ thấm Nước ngầm sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm Độ sâu địa Khả năng lan tầng truyền Mục tiêu nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu 2. Mục tiêu nghiên cứu 3. Đánh giá tiềm năng tái sinh nước thải chế biến Đánh giá tác động của nước tái sinh tưới cây cao su đến môi Đề xuất qui định về chất lượng và các giải pháp tái sinh mủ cao su sau xử lý ở Bình Dương trường đất, nước dưới đất và xử lý ô nhiễm từ nước tái sinh nước thải chế biến mủ cao su tưới cây cao su Tình hình tái sử dụng nước Đánh giá hiệu quả chuyển Thí nghiệm tưới quy mô Ứng dụng mô hình Đề xuất tiêu chuẩn và thải chế biến mủ cao su hoá chất hữu cơ, nitơ và pilot MODFLOW xác định vùng hướng dẫn quản lý nước ! Phỏng vấn, thu thập thông photpho ở tầng đất không ! Đánh giá mức độ lan ảnh hưởng đến chất lượng thải chế biến mủ cao su tái tin bão hoà nước nước ngầm sử dụng cho tưới tiêu truyền chất bẩn thực tế • Khảo sát địa chất thuỷ văn tại vườn cao su • Mô hình dự báo ở các giá ! Hướng dẫn tưới • Thí nghiệm cột thấm trị, mức độ xử lý khác nhau Hình 2-1. Sơ đồ khung nghiên cứu của luận án ± TânLong–PhúGiáo # * 'ầuTiếng PhúGiáo VĩnhHòa–PhúGiáo # * %ến&át LaiKhê%ến&át # * TânLập–TânUyên # * TânUyên Thủ'ầuMột $nSơn–Thuận$n # * Thuận$n 'ĩ$n Kilometers Hình 2-2. Bản đồ các khu vực lấy mẫu đất Tình hình tái sử dụng nước thải chế biến mủ cao su và phân tích lợi ích tái sử dụng cho tưới tiêu 2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát Các mẫu chọn điều tra, khảo sát là 5 nhà máy hoặc cơ sở chế biến mủ cao su và chọn thành 2 nhóm, gồm nhóm có tưới cây cao su (3 nhà máy) và nhóm không có tưới cây 5
cao su (2 nhà máy). Các nhà máy gồm nhà máy Bố Lá, nhà máy Lai Khê, nhà máy chế biến của Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam, nhà máy Nhật Nam, nhà máy Cua Paris. Nội dung điều tra, khảo sát tập trung những thông tin chọn lọc và liên quan đến nguồn nước cấp, nước thải chế biến mủ cao su, nước tái sử dụng, và tái sử dụng tưới cây. 2.2.2 Phân tích lợi ích tái sử dụng cho tưới tiêu Phân tích lợi ích và môi trường khi tái sử dụng nước cho tưới cây được tính toán trên trường hợp cụ thể cho một cơ sở chế biến mủ cao su, với các thông số lưu lượng, thành phần của nước thải (như COD, BOD, TN và TP). Sau đó, đưa ra so sánh lợi ích kinh tế khi áp dụng hai công nghệ xử lý là hệ thống hồ sinh học và tái sử dụng tưới cây dựa trên tổng chi phí lợi ích của hai hệ thống này. tổng chi phí hàng năm chi phí tái nạp dinh dưỡng N, P Chi phí lợi ích = + CT 2-1 chi phí tái nạp nước ngầm chi phí tổn hại môi trường Đánh giá hiệu quả chuyển hoá chất hữu cơ, nitơ và photpho ở tầng đất không bão hoà nước 2.3.1 Đặc điểm môi trường đất Đặc điểm môi trường đất khu vực nghiên cứu được xác định bằng phương pháp khảo sát thăm dò nhằm chọn giếng quan trắc và đo thuỷ văn (đo mực nước) nhằm xác định đặc trưng địa chất thuỷ văn [11]. • Phân tích cơ học Đất tại khu vực nghiên cứu được lấy mẫu, chuyển về phòng thí nghiệm và phân tích cơ học. Đối với đất hạt thô, được thực hiện trên một mẫu đất khô rung cơ học qua một loạt rây lưới dẹt mắt vuông, đặt liên tiếp với các lỗ nhỏ dần. Sau khi xác định tổng khối lượng mẫu, lượng phần trăm sót lại hoặc lọt qua mỗi cỡ rây được xác định bằng cách cân lượng đất còn lại trên mỗi rây sau khi đã lắc hoặc rung. Các thao tác chi tiết của thí nghiệm này được nêu rõ trong ASTM- Hội thí nghiệm vật liệu Mỹ [12]. 6
Đất trồng Đặc tính Tầng đất không bão Vườn cao su đang thuỷ văn hoà nước khai thác Sa cấu đất Độ thấm Độ sâu địa Chuyển hoá tầng chất hữu cơ Thành phần Hệ số thấm Tầng đất và Hệ số hấp phụ và hệ hạt độ sâu số chuyển hoá CHC Các thông số được lựa Mô hình lan truyền ô Mô hình tưới pilot chọn và xây dựng bộ nhiễm nước ngầm thông số đầu vào cho mô hình lan truyền ô nhiễm Đối sánh Thời gian và khoảng Giá trị tối đa của cách lan truyền thông số ô nhiễm Hình 2-3. Giá trị tối đa của thông số ô nhiễm được xác định từ mô hình lan truyền ô nhiễm và mô hình tưới pilot • Xác định hệ số thấm Đối với đất có thành phần không đồng nhất, công thức thực nghiệm để tính hệ số thấm k từ kích thước hạt đất như sau [13]: k (cm/s) = CD102 CT 2-2 2.3.2 Thí nghiệm cột thấm Khả năng chuyển hoá các chất dinh dưỡng đi theo nước thải qua con đường hấp phụ hay chuyển hoá sinh học diễn ra trong cột thấm của thí nghiệm cột thấm được xác định qua các giá trị như là (i) tốc độ thấm và tải trọng thấm của nước thải thử nghiệm đối với tầng đất không bão hoà nước, (ii) cân bằng nước và cân bằng nitơ, (iii) hệ số chuyển hóa và hấp phụ COD, nitơ và photpho của tầng đất không bão hoà nước. Xác định hằng số hấp phụ và chuyển hóa sinh học Trong phạm vi của nghiên cứu này, hệ số chuyển hóa sinh học (kb) trong cột thấm được sử dụng cho bài toán lan truyền, hệ số kb của thông số COD, nitơ và photpho có bao gồm tốc độ chuyển hóa sinh học và hấp phụ (hệ số ka) diễn ra đồng thời. 7
Phương trình thể hiện là đường đẳng nhiệt tuyến tính, được xác lập từ định luật Henry. m* = ka × m CT 2-3 Hệ số chuyển hóa COD và TKN được xác định theo phương trình sau: 𝐶" = 𝐶$ × 𝑒 ()" CT 2-4 . ,- / . 𝑘+ = 0 CT 2-5 " • Mô hình thí nghiệm cột thấm Các mẫu đất trong ống khoan từ Bình Dương được chuyển về Phòng Thí Nghiệm – Khoa Môi Trường và Tài Nguyên – Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM. Mỗi cột đất khoan bằng ống PVC có chiều sâu 15m, chia thành 4 cột thí nghiệm thấm. Cột thấm cao 4,5m; đường kính trong 80mm. Đáy cột có lớp đá dăm 1÷2 cm cao 0,1m tạo khoảng trống thoát nước thấm theo ống dẫn ra ngoài. Hình 2-4. Mô hình cột thấm quy mô phòng thí nghiệm (mặt bằng và mặt đứng) Nước thải thử nghiệm có nguồn gốc từ: (i) bể sinh học hiếu khí phân xưởng thử nghiệm của Viện Cao Su Bình Dương, và (ii) bể sinh học kỵ khí UASB của trạm xử lý nước thải thuộc công ty cao su Liên Anh. Điều kiện vận hành: Nước thải sau xử lý được chứa trong các thùng nhựa 10 lít đặt trên sàn đỡ cao 4,5 m và cho tự chảy vào các cột thấm, với độ chênh mực nước và bề 8
mặt lớp đất trong khoảng 0,6 ÷ 1,0 m. Lưu lượng thấm cho mỗi cột được điều chỉnh bằng van đảm bảo tránh chảy tràn khỏi cột thấm. Chiều cao lớp nước trên mặt được duy trì dao động 5÷10 cm để đảm bảo nước thấm có tốc độ đủ lớn và phân bố đều. Việc lấy mẫu được tiến hành định kì 1 lần/ngày và lấy ở đáy cột. Nước thấm được thu vào các chai nhựa dung tích 500 ml và được sơn đen để tránh hình thành tảo trong nước thấm. Thí nghiệm tưới ở quy mô pilot Mục tiêu của thí nghiệm tưới ở quy mô pilot nhằm đánh giá ảnh hưởng của nước thải chế biến mủ cao su sau khi tưới cho vườn cây cao su thấm xuống đất và ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm trên thực tế. 2.4.1 Vị trí nghiên cứu Thí nghiệm tưới được thực hiện tại vườn cây cao su đang được khai thác mủ, của Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam ở huyện Bến Cát, Bình Dương. Vườn cây tiến hành thí nghiệm trồng giống cây cao su RIC 101, tuổi cây cao su là 16 năm và đồng đều về số lượng cây. Thí nghiệm gồm có 2 nghiệm thức, và 02 ô cơ sở mỗi ô cơ sở là 200 cây cao su: (i) NT0 (đối chứng): Ô thí nghiệm không tưới; (ii) NT1: Ô thí nghiệm được tưới với nước thải cao su sau xử lý hồ kỵ khí với liều lượng tưới là 15 lít nước thải/cây cao su/ 1 lần tưới. 02 giếng quan trắc với các độ sâu khoảng 18 ÷ 20 m được khoan ở các vị trí trong ô NT0 và NT1. 2.4.2 Nước thải và cách thức tưới Nước thải chế biến mủ cao su sau bể sinh học kỵ khí của hệ thống xử lý nước thải của phân xưởng sản xuất thử nghiệm có công suất 100 m3 nước thải/ngày được bơm vào trong xe bồn có thể tích 5 m3. Nước thải được đưa đến các ô thử nghiệm NT1 và tưới trên từng gốc cây cao su bằng vòi tưới được gắn trực tiếp với xe bồn. Thời gian tưới được thực hiện một lần một tuần, vào ngày thứ năm, từ 8 giờ sáng và kéo dài từ 1 ÷ 2 giờ. Lưu lượng tưới tại từng gốc cao su được kiểm soát bằng đồng hồ đếm giây. Thời gian tưới cho từng gốc cao su là 12 ÷ 14 giây, tương đương khoảng 15 lít/ gốc cây cao su [14], tương ứng với tải trọng tưới khoảng 10 m3/ha/tuần. Thời gian thí nghiệm tưới kéo dài liên tục trong 16 tuần (từ tháng 6/2013 đến tháng 11/2013). Mẫu nước từ 02 9
giếng quan trắc được lấy bằng bơm hút [11] và chuyển về phòng thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu pH, COD, TKN, NH4+ – N, NO3- - N và PO43- - P. Nước thải tưới cho cả hai ô thử nghiệm l có pH trung tính (≈ 7,0); hàm lượng dinh dưỡng cao, cụ thể hàm lượng trung bình COD, TKN, NH4+ – N, TP lần lượt là (401±148) mg/L; (199±56) mg/L; (188±64) mg/L và (287±76) mg/L. Riêng NO2--N, NO3--N không phát hiện. Ứng dụng mô hình MODFLOW xác định vùng ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm Mục tiêu đánh giá lan truyền ô nhiễm trong tầng nước ngầm là xác định khoảng cách bất lợi nhất, tại đó chất ô nhiễm đạt đến ngưỡng giá trị cho phép của quy chuẩn chất lượng nước ngầm QCVN09:2015-MT/BTNMT, cụ thể COD ≤ 4 mg/L và NH4+-N ≤ 1 mg/L. COD và TKN là các thông số lựa chọn để đánh giá. Bài toán đại diện Bài toán đại diện được thiết lập với các thông số đầu vào như mô tả chi tiết ở Bảng 2-1 với phương pháp ô lưới từ đó tính toán mức độ lan truyền ô nhiễm trong nước ngầm với mô đun MT3D. Thông số lựa chọn và kịch bản lan truyền Để đánh giá mức độ lan truyền COD và TKN trong tầng chứa nước, bài toán đại diện được thiết lập như sau: Nước thải chế biến mủ cao su có ba loại là nước thải mủ ly tâm bể kỵ khí, nước thải từ bể kỵ khí và nước thải bể sinh học hiếu khí. Nguồn nước này được tưới vào vùng đất có diện tích 10.000 m2 cây cao su đang thu hoạch. Trong điều kiện xung quanh khu vực nghiên cứu có các hộ dân sử dụng nước giếng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt. Độ dốc của địa hình được chọn theo hướng bất lợi nhất là 15%, do lan truyền ô nhiễm theo hướng độ dốc của địa hình sẽ có nồng độ chất ô nhiễm cao nhất. Trong khu vực có 03 giếng khai thác với lưu lượng khai thác là Q = 15 m3/ngày, cách biên tưới khoảng 40 m. Tải lượng tưới có giá trị lần lượt là 30, 50, 80 và 120 m3/ha/ngày; ứng với tải lượng tưới lớn nhất có thể đạt được mà không gây ngập úng vùng đất tưới. Việc xác định tải 10
lượng tưới lớn nhất này được xác định dựa trên điều kiện địa tầng và thủy văn, sau đó dựa vào kết quả phân tích mực nước của phần mềm MODFLOW xác định được tải lượng tưới tối đa theo điều kiện thủy văn trong Bảng 2-1. Bảng 2-1. Các thông số đầu vào cho bài toán lan truyền COD và TKN Thông số Giá trị Diện tích tưới W x L = 100m*100m Địa tầng, tầng I 12m Địa tầng, tầng II 8m Hệ số thấm ngang kh, tầng I 10 – 4 cm/s = 0,09 m/ngày Hệ số thấm ngang kh, tầng II 4 × 10 – 4 cm/s = 0,35 m/ngày Tỷ số thấm ngang/thấm dọc kh/kv = 3 Độ rỗng đất 0,33 Lượng mưa trung bình năm (1.800 mm/năm) 0,5 cm/ngày Lượng mưa thấm xuống đất (=30% lượng 1,6 cm/ngày mưa trung bình ngày) Lượng bốc hơi đất cao su 0,3 cm/ngày Lượng bốc hơi đất tự nhiên 0,2 cm/ngày Độ dốc địa hình 15% Độ dốc thủy lực 15% Thời gian tính 365 ngày Đề xuất quy định chất lượng và hướng dẫn quản lý nước tái sinh cho tưới tiêu Kết quả nghiên cứu từ mô hình lan truyền ô nhiễm và mô hình tưới pilot xác định được giá trị tối đa của thông số ô nhiễm (Hình 2-1, Hình 2-3). Các giá trị này là cơ sở đề xuất “Quy định về chất lượng và giải pháp tái sử dụng” của luận án ((Hình 2-1). Đề xuất quy định chất lượng và hướng dẫn quản lý nước tái sinh cho tưới cây gồm có (i) Tiêu chuẩn kỹ thuật địa phương về tái sử dụng nước thải chế biến mủ cho tưới vườn cây cao su, (ii) Hướng dẫn tái sử dụng nước dành cho ngành chế biến mủ cao su tái sử dụng cho nước tưới cây trồng lâu năm. Các thông số đề nghị bao gồm pH, BOD5, COD, TN, NH4+-N, NO3--N, NO2--N. 11
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Tương tác giữa nguồn nước thải và chất dinh dưỡng đi theo nước thải tưới cây cao su chính là các quá trình chuyển hoá dinh dưỡng trong hệ thống tái sinh nước thải (Hình 3-1), bắt nguồn từ tài nguyên (nước thải chế biến mủ cao su), các chất dinh dưỡng đi theo nước thải, được vận chuyển, chuyển hoá một phần trở thành dinh dưỡng cho cây cao su, một phần đi vào nguồn tiếp nhận hoặc thải bỏ. P Nước tái P Thải sinh ra bên Nước thải COD COD ngoài N N Dinh Dinh dưỡng dưỡng khác khác Trầm tích Vi sinh Mặt trời vật Cây cao su Rác Đất Nguồn tiếp nhận Hình 3-1. Sơ đồ chuyển hoá dinh dưỡng trong hệ thống tái sinh nước thải Đánh giá tình hình sử dụng nước thải chế biến mủ cao su và phân tích lợi ích tái sử dụng cho tưới tiêu Tình hình sử dụng nước của các cơ sở chế biến mủ cao su thiên nhiên được khảo sát qua bảng hỏi và phỏng vấn trực tiếp nhằm đánh giá khả năng tái sử dụng nước trong ngành chế biến mủ cao su tại địa phương. Việc khảo sát được thực hiện dựa vào nhiều thông số (Bảng khảo sát đính kèm trong phần Phụ lục), trong đó, tập trung các thông số quan trọng và ưu tiên như nguồn nước đang được khai thác, nguồn nước thay thế 12
(tái sử dụng nước thải cao su), chất lượng nguồn nước thay thế và tính kinh tế của nguồn nước này. 3.1.1 Tình hình sử dụng nước thải chế biến mủ cao su Kết quả điều tra, khảo sát tình hình sử dụng nước thải chế biến mủ cao su. So sánh lượng nước thải của các cơ sở với lượng nước sử dụng tại các cơ sở được khảo sát (PL-3) thì lượng nước thải ra chiếm ở khoảng 73% đến gần 100%. Nhiều nhất là lượng nước thải 2.200 m3 / ngày từ nhà máy Cua Paris. Ngoài ra, theo nhu cầu tưới cho cây cao su tại Phước Hoà là 5-8 m3/ha/ngày (mùa khô), thì với lượng nước thải trên, có thể dùng để tưới cho diện tích trồng 350 ha cao su ngày. Trong khi đó, lượng nước dùng để tưới cây là 100% do các cơ sở khai thác nước ngầm và chỉ có 1 cơ sở có tái sử dụng nước trong quá trình sản xuất. Toàn bộ các nhà máy chế biến mủ cao su thiên nhiên trong tỉnh Bình Dương đều sử dụng tầng nước ngầm có áp với độ sâu tầng trên 70 m. 3.1.2 Lợi ích kinh tế tái sử dụng nước thải Phân tích lợi ích và môi trường được so sánh trạm xử lý nước thải chế biến mủ cao su công suất 1.000 m3/ngày, chi phí lợi ích thu được từ tái sử dụng nước thải cho tưới cao su có thể lên đến 123.000 USD/năm (khoảng 2,8 tỷ VNĐ/năm). Đánh giá hiệu quả chuyển hoá chất hữu cơ, nitơ, photpho ở tầng đất không bão hoà nước 3.2.1 Kết quả khảo sát địa chất thuỷ văn • Tốc độ thấm Các cột đất tại 05 khu vực khoan ở các độ sâu khác nhau (0÷4 m, 4÷8 m, 8÷12 m) cho kết quả hệ số thấm khác biệt, dao động từ 10 đến 1.452 cm/ tuần. Tốc thấm cao nhất là 1.452 cm/ tuần tại An Sơn ở độ sâu 0÷4m và thấp nhất là 10 cm/ tuần tại Tân Long ở độ sâu 4÷8m. Khả năng xử lý chất bẩn khi tưới qua cột đất, hoặc qua môi trường đất không bão hoà nước phụ thuộc vào tốc độ thấm. Các mẫu đất ở An Sơn (độ sâu 0÷4m), An Sơn (độ sâu 4÷8m), Tân Long (độ sâu 4÷8m), Vĩnh Hoà (8÷12m), Tân Long (8÷12m), Viện Cao su (8÷12m) với có độ thấm lớn hơn mức đề nghị của USEPA (336 cm/tuần). 13
Tải lượng tưới Tải lượng tưới được chọn nhỏ hơn tốc độ thấm từ thí nghiệm. Tốc độ này phù hợp nhất từ 15÷100 m/ năm (hay 28,8÷192,3 cm/ tuần), phù thuộc vào đất, khí hậu, chất lượng nước đầu ra. Tốc độ này có thể cao hơn, là 30÷500m/ năm (hay 57,69 – 961,5 cm/ tuần) [15]. Tải lượng tưới phù hợp (theo quy định của USEPA) của đất đảm bảo thời gian giữ nước trong vườn tưới, quá trình hấp phụ và hoạt động vi sinh vật trong đất diễn ra hiệu quả hơn. Do vậy, trong các cột đất được khoa từ 5 vị trí, nghiên cứu chọn mẫu đất tại An Sơn (vận tốc thấm đạt 39,5 cm/ tuần) là mẫu có tốc độ thấm cao nhất trong các mẫu đất và đáp ứng yêu cầu theo quy định của USEPA [16]. • Thành phần hạt Hình 3-2. Thành phần cơ giới đất 3.2.2 Kết quả thí nghiệm cột thấm • Xác định tốc độ thấm, tải trọng thấm của nước thải sau xử lý Kết quả tốc độ thấm tối đa với lớp nước trên mặt 0,1÷0,3 m. Tốc độ thấm của lớp đất trên mặt ở các vị trí khảo sát dao động trong khoảng 7÷44 cm/tuần. Tốc độ thấm của mẫu đất lớp mặt ở xã Tân Long – huyện Phú Giáo và Lai khê, huyện Bến Cát là thấp, khoảng 7÷14 cm/tuần. Tuy nhiên ở Thuận An và Tân Uyên cao nhất so với các mẫu 14
thí nghiệm và có giá trị 38÷41 cm/tuần. Kết quả này cho thấy sự chênh lệch so với thử nghiệm hệ số thấm bằng nước sạch (60÷145 cm/tuần). Điều này có thể giải thích tốc độ thấm giảm do cặn từ các mảng bám sinh ra từ cặn nước thải hoặc từ hoạt động của vi sinh vật trong đất.. Theo thống kê cầu nước tưới cây cao su [14] cho thấy tải trọng tưới trung bình cho cây cao su là khoảng 2,5 cm/tuần và tối đa 3,6 cm/tuần. Với nhu cầu tưới này, các vùng đất trên mặt có tốc độ thấm nhỏ như huyện Bến Cát (7÷9 cm/tuần) vẫn có thể thấm toàn bộ lượng nước tưới trong điều kiện vùng tưới có độ dốc không lớn hơn 150. • Tính cân bằng nước Việc tính cân bằng nước nhằm xác định tải trọng tưới tối đa tháng và được tính theo tải trọng tưới thiết kế, tải trọng tưới nước thải cho huyện Bến Cát và huyện Phú Giáo tỉnh Bình Dương theo các tháng trong năm như Bảng 3-1 và theo công thức: 𝑑- = (𝑎- − 𝑏- ) + 𝑐9 Bảng 3-1. Tính cân bằng nước cho hai huyện Bến Cát và Phú Giáo, Bình Dương Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lượng 0,41 0,44 0,50 0,41 0,32 0,32 0,29 0,26 0,24 0,27 0,29 0,38 bốc hơi a Lượng 1,68 0,00 1,46 12,4 24,2 41,0 21,5 25,5 36,6 54,3 66,3 0,07 mưa b Kết quả tính cân bằng nước cho thấy các vườn cao su ở huyện Phú Giáo có thể áp dụng tải trọng tưới cao hơn (trong khoảng từ 23-38 cm/ tuần) so với huyện Bến Cát (trong khoảng từ -6,4-9,1 cm/ tuần) do tốc độ thấm của đất ở Phú Giáo cao hơn (Phú Giáo là 38 cm/ tuần so với Bến Cát là 9 cm/ tuần). Vào một số tháng có lượng mưa cao (như tháng 6 lượng mưa là 41 cm/tháng, tháng 10 là 54,3 và tháng 11 là 66,3), tải trọng tưới ở huyện Bến Cát ở các tháng 6, 10, 11 đều nhỏ hơn không, nghĩa là không thể tưới nước trong các tháng này. Huyện Bến Cát cần xây dựng các hồ trữ nước thải để trữ vào các tháng có lượng mưa cao hoặc các tháng có tải lượng tưới thấp hơn tải lượng yêu cầu của cây cao su (3,5 cm/tuần). • Chất lượng nước thấm, hệ số chuyển hóa và hấp phụ COD, nitơ và photpho 15
Kết quả áp dụng nước tưới ở hai nồng độ COD là 1.000 mg/L và 140 mg/L, cho thấy COD giảm dần theo độ sâu của tầng đất ở cả hai nồng độ. Tuy nhiên, với nồng độ lớn (COD=1.000mg/L) tốc độ giảm nhanh hơn so với nồng độ thấp (COD=140mg/L). Nếu so sánh giá trị giới hạn theo QCVN01-MT:2015/BTNMT, cột A với COD=100mg/L thì nước tưới COD=140mg/L khi đến độ sâu gần 0,5m đã đạt mức giá trị 100mg/L; trong khi nước tưới COD=1.000mg/L phải đến độ sâu hơn 4,5m để đạt mức 100mg/L này. Nồng độ COD, mg/L 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -0.5 y = 0.0543x - 6.2666 R² = 0.97509 y = 0.0053x - 4.3046 -1.5 R² = 0.9199 Độ sâu tầng đất, m -2.5 -3.5 COD 140mg/L COD 1000mg/L -4.5 QCVN01, cột A -5.5 Hình 3-3. Sự thay đổi COD (mg/L) của nước thải chế biến mủ cao su theo độ sâu tầng đất (i) nước thải sinh học kỵ khí COD trung bình 1.000mg/L; (ii) nước thải sinh học hiếu khí có COD trung bình 140 mg/L. Điều này cho thấy quá trình chuyển hóa sinh học của COD phân hủy sinh học (bCOD) trong nước thải sau kỵ khí đã diễn ra mạnh ở lớp đất 0÷5m đất trên mặt. Nồng độ COD có thể đạt chuẩn loại A, QCVN01-MT:2015/BTNMT ở độ sâu khoảng 5 m với nước thải đã xử lý kỵ khí và 0,5 m với nước thải đã xử lý sinh học hiếu khí. Kết quả áp dụng nước tưới ở hai nồng độ TN là 110 mg/L và 500 mg/L, cho thấy nitơ giảm dần theo độ sâu của tầng đất ở cả hai nồng độ. Tuy nhiên, với nồng độ lớn (TN=500mg/L) tốc độ giảm nhanh hơn so với nồng độ thấp (TN=110mg/L). Nếu so sánh giá trị giới hạn QCVN01-MT:2015/BTNMT, cột A với TN=50mg/L thì nước tưới TN=110mg/L khi đến độ sâu gần 1,0m đã đạt mức 50mg/L; trong khi nước tưới TN=500mg/L phải đến độ sâu 2,7m để đạt mức 50mg/L này. Tổng nitơ của nước thải cao su xử lý kỵ khí và xử lý sinh học hiếu khí đều đạt loại A QCVN01- MT:2015/BTNMT ở độ sâu 4m. 16