Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Việt Hoàng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP SỤC KHÍ CƯỠNG BỨC ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – Năm 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Việt Hoàng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP SỤC KHÍ CƯỠNG BỨC ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TSKH Nguyễn Xuân Hải Hà Nội – Năm 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện nội dung luận văn thạc sĩ khoa học, nỗ lực không ngừng thân, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới quý thầy cô môn Thổ nhưỡng nói riêng toàn thể thầy cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung quan tâm tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích vô quý báu cho suốt thời gian theo học trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc tới PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, người trực tiếp hướng dẫn, luôn sát sao, động viên, nhắc nhở kịp thời tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực nghiên cứu phục vụ cho luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Hữu Huấn cán thuộc Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN hỗ trợ giúp đỡ nhiệt tình trình phân tích vận hành thiết bị thực nghiệm để thuận lợi hoàn thành luận văn cá nhân Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người quan tâm, giúp đỡ, động viên đồng thời chỗ dựa tinh thần vững giúp hoàn thành tốt nhiệm vụ giao suốt thời gian học tập trình nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ khoa học vừa qua TÁC GIẢ Nguyễn Việt Hoàng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan sông Tô Lịch 1.1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình 1.1.2 Hệ thống thoát nước thải lưu vực sông Tô Lịch .4 1.1.3 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước sông Tô Lịch 1.2 Tổng quan ô nhiễm hợp chất hữu nước sông 12 1.2.1 Phân loại hợp chất hữu .12 1.2.2 Ô nhiễm chất hữu nước sông 15 1.3 Các phương pháp xử lý chất hữu nước sông 17 1.3.1 Phương pháp sinh học 17 1.3.2 Phương pháp hóa lý 17 1.3.3 Công nghệ ứng dụng xử lý chất hữu nước thải 18 1.3.4 Khả tự làm nguồn nước mặt 20 1.4 Tình hình nghiên cứu nước 25 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .28 2.1 Đối tượng nghiên cứu 28 2.1.1 Chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch 28 2.1.2 Hệ thiết bị sục khí 29 2.2 Phạm vi nghiên cứu 30 2.3 Phương pháp nghiên cứu .30 2.3.1 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 32 2.3.2 Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm 34 2.3.3 Phương pháp thực nghiệm 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 3.1 Chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch 38 3.1.1 Kết phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô 38 3.1.2 Kết phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa mưa 42 3.2 Ảnh hưởng độ sâu sục khí đến nồng độ oxy hòa tan nước 48 3.2.1 Mô đun – sục khí độ sâu 0,25 m 48 3.2.2 Mô đun – sục khí độ sâu m 50 Footer Page of 126 Header Page of 126 3.2.3 Mô đun – sục khí độ sâu m 52 3.2.4 Diễn biến nồng độ oxy hòa tan nước theo thời gian 53 3.3 Ảnh hưởng phương pháp sục khí đến hiệu xử lý chất hữu 58 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC .71 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thông tin sông thuộc khu vực trung tâm TPHN Bảng Lưu lượng xả nước thải khu vực trung tâm TPHN Bảng Phân vùng tiểu KTT nước dọc theo sông Tô Lịch 10 Bảng Hàm lượng thải lượng số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch 11 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ độ cao đến nồng độ oxy hòa tan nước 23 Bảng Độ bão hòa oxy nước (độ muối ppt) 25 Bảng Vị trí quan trắc lấy mẫu nước khu vực sông Tô Lịch 32 Bảng So sánh kết phân tích chất lượng nước mùa khô 42 Bảng So sánh kết phân tích chất lượng nước mùa mưa 47 Bảng 10 Chất lượng nước sông Tô Lịch hai mùa khô mùa mưa 48 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Sông Tô Lịch, đoạn chảy qua Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Hình Các khu tiêu thoát sông thoát nước thải khu vực trung tâm TPHN Hình Cống xả thải từ hộ sinh hoạt vào lưu vực sông Tô Lịch Hình Tỷ lệ xả NTSH khu vực trung tâm TPHN vào KTT Hình Tỷ lệ loại nước thải khu vực trung tâm TPHN 10 Hình Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch 12 Hình Ảnh hưởng ô nhiễm chất hữu tới chất lượng dòng sông 22 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ độ sâu đến hàm lượng oxy hòa tan 24 Hình Mô hình hệ thiết bị sục khí 29 Hình 10 Sơ đồ trình tự, phương pháp nghiên cứu 31 Hình 11 Vị trí lấy mẫu quan trắc sông Tô Lịch 33 Hình 12 Thiết bị lấy mẫu tầng nước kiểu ngang 34 Hình 13 Sơ đồ hệ thiết bị sục khí 36 Hình 14 Giá trị pH DO mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa khô 38 Hình 15 Giá trị COD mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa khô 39 Hình 16 Nồng độ số tiêu ô nhiễm N điểm quan trắc sông Tô Lịch mùa khô 41 Hình 17 Nồng độ PO43- Pts điểm quan trắc sông Tô Lịch mùa khô 42 Hình 18 pH DO mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa 43 Hình 19 Giá trị COD mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa 44 Hình 20 Nồng độ số tiêu ô nhiễm N điểm quan trắc sông Tô Lịch mùa khô 45 Hình 21 Nồng độ PO43- Pts điểm quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa 46 Hình 22 Mô đun - Ảnh hưởng chiều sâu sục khí đến DO nước 49 Hình 23 Mô đun - Ảnh hưởng chiều sâu sục khí đến DO nước 50 Hình 24 Mô đun - Ảnh hưởng áp suất sục khí đến DO nước 52 Hình 25 Xu biến đổi DO theo thời gian sục khí mô đun 54 Hình 26 Xu biến đổi DO theo thời gian sục khí mô đun 55 Hình 27 Xu biến đổi DO theo thời gian sục khí mô đun 55 Hình 28 Xu biến đổi DO tầng mặt hệ sục khí 56 Hình 29 Xu biến đổi DO tầng đáy hệ sục khí 57 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 30 Xu diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí mô đun 58 Hình 31 Xu diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí mô đun 59 Hình 32 Xu diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí mô đun 60 Hình 33 Diễn biến giá trị COD tầng mặt theo thời gian hệ sục khí 61 Hình 34 Diễn biến giá trị COD tầng đáy theo thời gian hệ sục khí 62 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ý nghĩa Từ viết tắt BOD Nhu cầu oxy sinh hóa COD Nhu cầu oxy hóa học DO Oxy hòa tan HTTN Hệ thống thoát nước KTT Khu tiêu thoát NTBV Nước thải bệnh viện NTSH Nước thải sinh hoạt NTSX Nước thải sản xuất TPHN Thành phố Hà Nội Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 MỞ ĐẦU Ngày nay, thời kỳ mà trình công nghiệp hóa, đại hóa diễn cách nhanh chóng mạnh mẽ theo ngày, song song với trình đô thị hóa toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung mở rộng phát triển TPHN nói riêng, nhu cầu sử dụng nước cho hộ dân sinh, tổ chức, doanh nghiệp, sở sản xuất…ngày gia tăng, kéo theo mức xả nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất loại nước thải dịch vụ khác tăng lên Chính lẽ mà chất lượng môi trường nước ngày bị suy thoái cách nghiêm trọng, đặc biệt nguồn nước mặt, nơi trực tiếp tiếp nhận dòng ô nhiễm thải vào Những nguồn gây ô nhiễm trực tiếp hệ thống thoát nước ngày xuất nhiều, đa dạng nguồn gốc khó kiểm soát [15; 16; 32] Nằm khu vực trung tâm TPHN, bốn sông đóng vai trò hệ thống kênh cấp I cho hệ thống thoát nước gồm có: sông Tô Lịch, Sông Lừ, sông Sét sông Kim Ngưu Theo đánh giá chung, tất dòng sông bị ô nhiễm nặng tải lượng lớn từ chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật… Các sông khu vực trung tâm TPHN có mầu đen đặc (do hàm lượng chất hữu cao nước), bốc mùi hôi thối (mùi khí hyđrosunfua – H2S) gây ảnh hưởng trực tiếp tới vệ sinh môi trường, cảnh quan đô thị sức khoẻ người dân sinh sống quanh khu vực toàn địa bàn TPHN [5; 8; 15; 16; 27; 28; 35] Nước sông Tô Lịch trước có hàm lượng dinh dưỡng trồng cao nên thường tái sử dụng sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, chất lượng nước sông Tô Lịch thời gian gần thể tính ô nhiễm nặng phương diện chất hữu cơ, kim loại nặng vi sinh vật [22; 29; 31] Chất lượng nước sông Tô Lịch không đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước tưới phương diện ô nhiễm kim loại nặng theo tiêu chuẩn nước tưới WHO gây ô nhiễm đất, tích lũy sản phẩm nông nghiệp [30]; phương diện chất hữu tồn dư DDT (Dichloro Diphenyl Trichloroethane), PCB (Poly Chlorinated Biphenyl) có dấu hiệu ảnh hưởng đến tích lũy chúng chuỗi thức ăn Footer Page 10 of 126 Header Page 27 of 126 vật liệu chịu nhiệt ngày gia tăng dòng nước thải, trình sinh học thông thường dường xử lý hoàn toàn thành phần ô nhiễm Chính lẽ đó, xuất công nghệ có khả chuyển hóa hợp chất khó phân hủy dạng độc hại chuỗi hợp chất có phân tử khối thấp để từ lại áp dụng phương pháp sinh học túy điều cần thiết Một số công nghệ công nghệ oxy hóa hóa học có sử dụng hợp chất oxy hóa mạnh H2O2, O3, ClO2, KMnO4, K2FeO4,… để oxy hóa chất ô nhiễm trở dạng độc hay chuyển hóa chúng dạng kiểm soát Tuy vậy, công nghệ oxy hóa hóa học có sử dụng tác nhân oxy hóa O3 hay H2O2 lại cho suất phân hủy không thực ấn tượng Do đó, trình oxy hóa cấp tiến với khả khai thác hoạt tính cao từ gốc tự hydroxyl thể phản ứng oxy hóa bùng lên công nghệ đầy hứa hẹn cho trình xử lý nước thải chứa hợp chất hữu chịu nhiệt Một vài công nghệ điển hình kể đến hệ Fenton, hệ quang-Fenton, oxy hóa ướt xúc tác, ozon hóa, quang xúc tác,…đều nằm nhóm phương pháp oxy hóa cấp tiến Các công nghệ chủ yếu khác nguồn gốc tạo thành gốc tự [20] Một số phương pháp hóa lý khác cho khả xử lý tốt hợp chất hữu khó phân hủy phương pháp hấp phụ Trong vài thập kỷ qua, trình hấp phụ đạt tầm quan trọng kỹ thuật phân tách lọc hiệu sử dụng trình xử lý nguồn nước nói chung nước thải nói riêng Hấp phụ trình mà theo chất rắn hấp phụ đính lên hợp chất hòa tan nước loại bỏ thành phần khỏi pha lỏng Quá trình hấp phụ ứng dụng rộng rãi trình công nghiệp cho nhiều mục đích tách chiết lọc khác Quá trình loại bỏ kim loại, chất ô nhiễm mang màu không mang màu từ nguồn nước thải coi ứng dụng quan trọng trình hấp phụ sử dụng chất hấp phụ thích hợp [20] 1.3.3 Công nghệ ứng dụng xử lý chất hữu nước thải 18 Footer Page 27 of 126 Header Page 28 of 126 Một số công nghệ điển hình ứng dụng phương pháp sinh học việc xử lý chất hữu nước thải kể đến như: Bể aerotank: phương pháp xử lý sinh học hiếu khí với dạng cấu trúc vi sinh vật bùn hoạt tính Các chất hữu dễ bị phân hủy sinh học vi sinh vật hiếu khí sử dụng chất dinh dưỡng để sinh trưởng phát triển, qua sinh khối vi sinh ngày gia tăng nồng độ ô nhiễm nước thải giảm xuống Không khí bể Aerotank tăng cường thiết bị cấp khí: máy sục khí bề mặt, máy thổi khí,… Bể UASB: trình xử lý sinh học kỵ khí, nước thải phân phối từ lên khống chế vận tốc phù hợp Cấu tạo bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý hệ thống tách pha Nước thải phân phối từ lên qua lớp bùn kỵ khí, diễn trình phân hủy chất hữu vi sinh vật; hệ thống tách pha phía làm nhiệm vụ tách pha rắn – lỏng – khí, qua chất khí bay lên thu hồi, bùn rơi xuống đáy bể nước sau xử lý theo máng lắng chảy qua công trình xử lý Công nghệ AAO: trình xử lý sinh học liên tục dùng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: yếm khí (Anaerobic), thiếu khí (Anoxic), hiếu khí (Oxic) để xử lý nước thải Quá trình xử lý cho hiệu xử lý cao, đặc biệt với nước thải có hàm lượng hữu cơ, nitơ photpho cao Tùy vào thành phần nước thải mà thể tích vùng kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí khác Công nghệ MBR: công nghệ đại sử dụng màng lọc, ứng dụng phổ biế n ưu điể m vượt trội Công nghệ MBR kế t hợp phương pháp sinh học lý học Mỗi đơn vị MBR cấ u tạo gồ m nhiề u sợi rỗng liên kế t với nhau, mỗi sợi rỗng lại cấ u tạo giố ng màng lọc với lỗ lọc rấ t nhỏ mà số vi sinh khả xuyên qua Các đơn vị MBR liên kế t với thành module lớn đặt vào bể xử lý Cơ chế hoạt động vi sinh vật công nghệ MBR tương tự bể bùn hoạt tính hiế u khí thay tách bùn sinh học công nghệ lắng công nghệ MBR lại tách màng 19 Footer Page 28 of 126 Header Page 29 of 126 1.3.4 Khả tự làm nguồn nước mặt a) Quá trình tự làm Sông hồ công trình thiên nhiên nhân tạo, nguồn cung cấp nước mặt đồng thời nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt, công nghiệp… Tất dòng nước chảy sông hồ mang theo chất bẩn hữu vô Ở điều kiện bình thường thích hợp chất kích thích phát triển sinh vật Ở vùng sông, suối thuộc vùng núi cao sống sinh vật đơn điệu, nghèo nàn hơn, chất dinh dưỡng hơn; sông chảy qua vùng đồng phì nhiêu màu mỡ, dân cư đông đúc, trù phú hoạt động sống sinh vật phong phú đầy đủ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng Nếu chất bẩn (theo lượng chất số loại chất) vừa đủ phù hợp với khả đồng hóa sinh vật trình sinh hóa diễn điều kiện hiếu khí có lợi cho người Nếu chất bẩn nhiều, vượt khả đồng hóa sinh vật dạng sinh vật thượng đẳng phải bỏ đi, lại vi khuẩn phát triển, tạo điều kiện yếm khí, gây tổn thất cho người đó, nguồn nước sông hồ bị nhiễm bẩn Trong phương pháp xử lý, ta thường sử dụng dòng sông nhằm pha loãng nước thải Việc pha loãng tùy thuộc vào khả tự làm dòng sông hay cụ thể khả đồng hóa chất thải mà dòng sông phục hồi lại chất lượng ban đầu Khả xác định tính chất đặc trưng dòng sông, kể điều kiện khí hậu [13] Quá trình tự làm nguồn nước chia làm giai đoạn:  Quá trình xáo trộn, pha loãng dòng chất bẩn với khối lượng nước nguồn Đó trình vật lý túy  Quá trình tự làm với nghĩa riêng Đó trình khoáng hóa chất bẩn hữu – hay rộng hơn, trình chuyển hóa, phân hủy chất bẩn hữu nhờ thủy sinh vật, vi sinh vật Ở mức độ định, dù dù nhiều, tất thể sống tham gia vào trình, đồng thời chúng sinh trưởng, sinh sản chết đi, sinh khối chúng tăng lên 20 Footer Page 29 of 126 Header Page 30 of 126 Quá trình tự làm chất thải hóa học hoàn toàn phụ thuộc vào lưu tốc dòng sông Trong trình di chuyển xuống hạ lưu, nồng độ chất giảm nhanh lưu lượng nước lưu vực chảy vào sông tăng lên Có nhiều hóa chất phản ứng tiêu tán hấp thụ phân rã sinh học Các vi khuẩn nước thải sinh hoạt bị giảm số lượng pha loãng, trước hết điều kiện môi trường không thuận lợi cho phát triển chúng thiếu dinh dưỡng, tác động nhiệt độ quan hệ sinh vật chuỗi thức ăn [13] Vùng trộn nước thải với nước sông vùng tránh khỏi ô nhiễm Chính vùng tạo nên vùng ngăn chặn di chuyển cá sinh vật sống nước nên cần giới hạn mức tối thiểu Nếu dòng sông có số điểm thải gần vùng trộn cần bố trí nằm dọc theo phía tạo cho sinh vật sống nước dòng di chuyển liên tục phía bờ đối diện [13] Rất nhiều chất thải nước thải sinh hoạt công nghiệp chứa chất hữu bị sinh vật phân hủy làm giảm nồng độ oxy hòa tan nước sông Khi nồng độ oxy giảm xuống, số lượng loài thủy sinh có xu hướng giảm theo Vì số nồng độ oxy hòa tan số quan trọng để đánh giá chất lượng nước sông Một dòng sông bị nhiễm bẩn hợp chất hữu chia thành bốn vùng theo dòng chảy Hình Vùng sau điểm thải vùng phân rã, nồng độ oxy hòa tan giảm nhanh vi khuẩn sử dụng để phân hủy hợp chất hữu nước thải Tiếp đến vùng phân hủy mạnh chất hữu cơ, nồng độ oxy hòa tan giảm tới mức thấp Trong vùng thường xảy trình phân hủy kỵ khí bùn đáy sông, phát sinh mùi hôi thối Đây môi trường không thuận lợi cho động vật bậc cao tôm cá sinh sống Ngược lại, vi khuẩn nấm phát triển mạnh nhờ phân hủy hợp chất hữu làm giảm BOD tăng hàm lượng amoniac Ở vùng tái sinh, tốc độ hấp thụ oxy lớn tốc độ sử dụng oxy nên nồng độ oxy hòa tan tăng dần Ở amoniac vi sinh vật nitrat hóa; loài giáp xác loài cá 21 Footer Page 30 of 126 Header Page 31 of 126 có khả chịu đựng,… tái xuất tảo phát triển mạnh hàm lượng chất dinh dưỡng vô từ trình phân hủy chất hữu tăng lên Vùng cuối vùng nước sạch, nồng độ oxy phục hồi trở lại mức ban đầu, chất hữu gần bị phân hủy hết, môi trường nước đảm bảo cho sống bình thường loài động vật thực vật [13] Hình Ảnh hưởng ô nhiễm chất hữu tới chất lượng dòng sông 22 Footer Page 31 of 126 Header Page 32 of 126 b) Yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan nước sông lượng chất thải sử dụng oxy, trình quang hợp thực vật, trình hô hấp loài thủy sinh đó, bổ sung oxy nhánh sông hòa nhập vào trình hấp thụ oxy từ khí quyển… Bên cạnh đó, yếu tố nhiệt độ, áp suất hay độ cao so với mực nước biển độ muối ảnh hưởng lớn đến khả hòa tan oxy vào nguồn nước nói chung nước thải nói riêng Trong mối tương quan điển hình, lượng oxy hòa tan nước bão hòa cao nguồn nước có nhiệt độ thấp Nhiệt độ nước cao dẫn đến gia tăng dao động phân tử, làm giảm số lượng không gian trống sẵn có phân tử nước khó để phân tử oxy len lỏi vào Độ cao (chiều sâu) so với mực nước biển hay áp suất khí ảnh hưởng đến hàm lượng oxy nước khác mật độ phân tán oxy hữu Vì mật độ oxy khí thấp tăng dần độ cao nên nồng độ oxy hòa tan bão hòa thấp nước mực nước biển, nơi có mật độ oxy khí dày [38] Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ độ cao đến nồng độ oxy hòa tan nước Đơn vị: mg/l Nhiệt độ (oC) Độ cao (Feet) Mực nước biển 1000 5000 12,7 12,3 10,5 10 11,3 10,9 9,3 15 10,1 9,7 8,3 20 9,1 8,8 7,5 25 8,3 8,0 6,8 30 7,6 -7,3 -6,2 Nguồn: Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ, 2015 23 Footer Page 32 of 126 Header Page 33 of 126 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ độ sâu đến hàm lượng oxy hòa tan Nguồn: PEER, 2016 [33] Như trình bày, nồng độ oxy hòa tan nước bị ảnh hưởng áp suất hay cụ thể áp suất riêng phần oxy khí Số liệu nghiên cứu cho thấy độ muối cố định ppt nhiệt độ nước 25oC, mức áp suất atm độ bão hòa oxy nước đạt khoảng 8,3 mg/l áp suất tăng độ bão hòa oxy tăng tỷ lệ Cụ thể, điều kiện độ muối ppt nhiệt độ 25oC, áp suất tăng gấp đôi từ atm lên atm, độ bão hòa oxy nước tăng từ 8,3 mg/l lên 16,5 mg/l Nếu áp suất tăng gấp lần độ bão hòa oxy tăng từ 8,3 mg/l lên đến 33,1 mg/l (Bảng 6) Trong thực tế, để làm tăng giá trị áp suất riêng phần oxy điểm sục khí đào giếng hay nghiên cứu luận văn tạo gia tăng áp suất cách bố trí cột nước thí nghiệm với độ sâu định so với khoảng bề mặt, sau thiết bị sục khí đưa vào độ sâu tương ứng định Thông thường, cột nước cao 10 m sục vị trí đáy cột vị trí sục, áp suất khí có áp suất cột nước phía điểm sục khí tương ứng với atm 24 Footer Page 33 of 126 Header Page 34 of 126 Bảng Độ bão hòa oxy nước (độ muối ppt) Đơn vị: mg/l Nhiệt độ (oC) Áp suất (mmHg) 760 1520 3040 14,6 29,2 58,4 12,8 25,5 51,1 10 11,3 22,6 45,1 15 10,1 20,2 40,3 ,320 9,1 18,2 36,4 25 8,3 16,5 33,1 30 7,6 15,2 30,3 35 7,0 14,0 27,9 40 6,5 12,9 25,9 45 6,0 12,0 24,0 50 5,6 11,3 22,7 Nguồn: Engineering Toolbox, 2016 [21] 1.4 Tình hình nghiên cứu nước Xử lý nước thải chứa thành phần chất hữu biện pháp sinh học phổ biến không đại đa số ngành công nghiệp sản xuất nói riêng mà ứng dụng cho loại hình nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị nói chung tính khả thi tính kinh tế cao phương pháp mang lại Bên cạnh đó, phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với phương pháp xử lý khác chỗ chi phí thấp tính ổn định cao, đặc biệt hiệu xử lý cao thời gian lưu ngắn loại nước thải chứa chất hữu dễ phân hủy sinh học Đối với loại hình nước thải với đặc trưng chứa hợp chất hữu dễ phân hủy nói riêng, loại nước thải dạng nghiên cứu, ứng dụng 25 Footer Page 34 of 126 Header Page 35 of 126 phương pháp, hệ thống xử lý cách rộng rãi khoa học Nhìn chung, nghiên cứu chủ yếu thực phòng thí nghiệm quy mô pilot thí điểm Đối với nguồn nước thải sinh hoạt, nhóm tác giả Trần Thị Việt Nga cs (2012) [12] nghiên cứu xử lý nước thải đô thị phương pháp sinh học kết hợp màng vi lọc Mô hình phòng thí nghiệm với công suất – 10 L/h chế độ tuần hoàn bùn khác cho kết sau 150 ngày vận hành đạt hiệu suất xử lý chất hữu ổn định với hiệu suất lớn 90%, hệ thống sử dụng nguồn bổ sung chất hữu hay hóa chất trợ lắng Nhóm tác giả Đặng Hạ Đào Vĩnh Lộc đến từ Trường Đại học Yersin Đà Lạt (2014) [1] có nghiên cứu ứng dụng công nghệ SWIM-BED vào xử lý nước thải sinh hoạt Mô hình SWIM-BED quy mô phòng thí nghiệm với thông số vận hành thời gian lưu nước 6,5 – 10 giờ, pH dao động 6,5 – nồng độ oxy hòa tan trì khoảng – mg/l sau 90 ngày hoạt động cho hiệu suất xử lý COD 80,1%, 75,7% 74,1% tải trọng hữu tương ứng 0,5; 1,0 1,5 km/m3.ngày Nhóm tác giả Phạm Khánh Huy cs (2012) [9] có nghiên cứu ứng dụng mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình để xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu xử lý COD, BOD5 đạt khoảng 70%, chất lượng nước thải sau xử lý đạt mức A theo QCVN 14:2008/BTNMT QCVN 40:2011/BTNMT Tác giả Trương Thanh Cảnh cs (2006) [14] từ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – HCM thành công nghiên cứu xử lý nước thải đô thị công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng ngược USBF Kết nghiên cứu cho thấy mô hình USBF thích hợp cho xử lý nước thải đô thị, hiệu xử lý COD BOD5 vào khoảng 85% 90% Việc kết hợp mô đun thiếu khí – hiếu khí – lọc ngược trình xử lý tạo ưu điểm lớn việc nâng cao hiệu xử lý Tác giả Nguyễn Thị Như Quyên (2012) [7] từ trình nghiên cứu trạng môi trường nước sông Tô Lịch đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở xây dựng mô hình thống kê miêu tả phụ thuộc thông số nước sông Tô Lịch phân bố 26 Footer Page 35 of 126 Header Page 36 of 126 thông số theo chiều dài sông khu vực nghiên cứu Nghiên cứu nhóm tác giả Phạm Mạnh Cổn cs (2012) [10] chất lượng nước mặt khu vực nội thành Hà Nội cho thấy nước sông trạng thái ô nhiễm chất hữu cơ, dinh dưỡng N, P có nguồn gốc nhân sinh Giá trị Nts dao động khoảng từ 2,7 – 15,6 mg/l, Pts dao động khoảng 0,13 – 0,71 mg/l, thông số COD quan trắc dao động khoảng – 60 mg/l Các mẫu quan trắc nghiên cứu thực đợt lũ sau lũ nhằm đánh giá ảnh hưởng nước mưa đến chất lượng nước mặt, kết cho thấy khác biệt có ý nghĩa thống kê chất lượng nước lũ sau lũ Các nghiên cứu nước liên quan đến đối tượng nước thải sinh hoạt thực rộng rãi nhiều quốc gia, khu vực đạt kết khả quan Nghiên cứu Carlos M cs (2016) [17] Brazil áp dụng mô hình mô kết hợp trình kỵ khí hiếu khí việc xử lý đồng thời chất hữu nitơ Kết thí nghiệm cho thấy với tỷ lệ COD/NO3- 10 thời gian lưu nước 15 cho hiệu xử lý đồng thời chất hữu nitơ đạt ổn định Nhóm tác giả Steven D M Frederic D L L (2016) [35] đến từ Úc có so sánh phân tích tổng hợp công nghệ xử lý, loại bỏ yếu tố chất hữu vi lượng khỏi nước thải sinh hoạt Kết nghiên cứu công nghệ sử dụng rộng rãi phương pháp bùn hoạt tính truyền thống phổ biến phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt, hai phương pháp cho hiệu loại bỏ tổng thể chất hữu vi lượng tương đối thấp Phương pháp lọc màng cho có khả đạt hiệu loại bỏ tốt lại gặp nhược điểm vấn đề ổn định khả thi kinh tế Xử lý hệ thống mương oxy hóa mang tính kinh tế mà đạt hiệu loại bỏ chất hữu vi lượng tương đối cao 27 Footer Page 36 of 126 Header Page 37 of 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Hạ, Đào Vĩnh Lộc (2014), “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt công nghệ SWIM-BED”, Bản tin Khoa học Giáo dục Trường Đại học Yersin Đà Lạt, tr 23-27 Lương Duy Hanh, Nguyễn Xuân Hải, Trần Thị Hồng, Nguyễn Hữu Huấn, Phạm Hùng Sơn, Đinh Tạ Tuấn Linh, Nguyễn Việt Hoàng, Hồ Nguyên Hoàng, Phạm Anh Hùng, Phí Phương Hạnh (2016), “Đánh giá chất lượng nước sông liên quan đến ô nhiễm mùi số sông nội đô thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, 32(1S), tr 166-174 Ngô Thị Bích (2014), Đánh giá nguy ô nhiễm hợp chất hữu sông Tô Lịch đề xuất biện pháp giảm thiểu, Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Hữu Huấn (2014), Nghiên cứu ô nhiễm hydrosunfua (H2S): tác động môi trường đề xuất biện pháp giảm thiểu từ sông Tô Lịch, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Hữu Huấn, Nguyễn Xuân Hải, Trần Yêm (2012), “Nghiên cứu ứng dụng mô hình METI-LIS dự báo mức ô nhiễm khí H2S từ sông Tô Lịch”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 28(4S), tr 95-102 Nguyễn Hữu Huế (2013), “Nghiên cứu lựa chọn tuyến hình thức công trình điều tiết lấy nước tự chảy cho sông Đáy, Nhuệ sông Tô Lịch”, Tạp chí Khoa học KHKT Thủy lợi Môi trường, 41, pp 30-35 Nguyễn Thị Như Quyên (2012), Nghiên cứu trạng môi trường nước phục vụ quy hoạch hệ thống xử lý nước thải sông Tô Lịch – Đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở, Luận văn thạc sĩ khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN Nguyễn Xuân Hải, Nguyễn Hữu Huấn (2010), “Khả sinh khí H2S từ nước sông 66 Footer Page 37 of 126 Header Page 38 of 126 Tô Lịch”, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, 1, tr 28-33 Phạm Khánh Huy, Nguyễn Phạm Hồng Liên, Đỗ Cao Cường, Nguyễn Mai Hoa (2012), “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt mô hình hồ thủy sinh nuôi bèo lục bình”, Tạp chí KTKT Mỏ - Địa chất, 40(10), tr 16-22 10 Phạm Mạnh Cổn, Nguyễn Mạnh Khải, Phạm Quang Hà, Trần Ngọc Anh (2013), “Nghiên cứu chất lượng nước mặt khu vực nội thành Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 29(3S), tr 24-30 11 Tổng cục Thống kê (2015), https://gso.gov.vn/Default.aspx?tabid=217, truy cập ngày 01/10/2016 12 Trần Thị Việt Nga, Trần Hoài Sơn, Trần Đức Hạ (2012), “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị phương pháp sinh học kết hợp màng vi lọc”, Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, 13/8, tr 35-41 13 Trần Văn Ngân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 14 Trương Thanh Cảnh, Trần Công Tấn, Nguyễn Quỳnh Nga, Nguyễn Khoa Việt Trường (2006), “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng ngược USBF”, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 9(7), tr 65-71 15 UBND TPHN (2005), Báo cáo đầu tư xây dựng công trình dự án thoát nước nhằm cải tạo môi trường TPHN, Dự án (2005-2010) Hà Nội 16 VESDI (2008), Dự án sử dụng hợp lý nước sông Tô Lịch nâng cao điều kiện vệ sinh môi trường thôn ven sông, Hà Nội, Viện Môi trường Phát triển bền vững 67 Footer Page 38 of 126 Header Page 39 of 126 Tiếng Anh 17 Carlos M., Karla E., Luciano M Q (2016), “Modeling simultaneous carbon and nitrogen removal (SCNR) in anaerobic/anoxic reactor treating domestic wastewater”, Journal of Environmental Management, 177, pp 119-128 18 Chen T., Tong P., Chuanping F., Nan C., Qili H., Chunbo H (2016), “The feasibility of an up-flow partially aerated biological filter (U-PABF) for nitrogen and COD removal from domestic wastewater”, International Journal of Bioresource Technology, 218, pp.307-317 19 Chu Anh Dao, Pham Manh Con, Nguyen Manh Khai (2010), “Characteristic of urban wastewater in Hanoi City – nutritive value and potential risk in using for agriculture”, VNU Journal of Science, Earth Science, 26, pp 42-47 20 Chunli Zheng, Ling Zhao, Zhimin Fu, Xiaobai Zhou, An Li (2013), “Treatment Technologies for Organic Waste”, Intech, DOI: 10.5772/52665 21 Engineering Toolbox (2016), http://www.engineeringtoolbox.com/oxygen- solubility-water-d_841.html, accessed on 05/10/2016 22 Johannes A., Frederik Z., Eva-Linde G., Aki S R., Alexander S., Martin J (2015), “Impacts of coagulation on the adsorption of organic micropollutants onto powdered activated carbon in treated domestic wastewater”, International Journal of Chemosphere, 125, pp.198-204 23 Kikuchi T., Furuichi T., Huynh Trung Hai, Tanaka S (2009), “Assessment of heavy metal pollution in river water of Hanoi, Vietnam using multivariate analyses”, Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 83, pp 575-582 24 Malgorzata M., Marcin S (2014), “Organic compounds fractionation for domestic wastewater treatment modeling”, Poland Journal of Environmental Study, 23(1), 131-137 25 Marcussen H., Dalsgaard A., Holm P.E (2008), “Content, distribution and fate of 33 elements in sediments of rivers receiving wastewater in Hanoi, Vietnam”, 68 Footer Page 39 of 126 Header Page 40 of 126 Environmental Pollution, 155, pp 41-51 26 Ngo Thi Thanh Van (2009), "The Existing Sewerage and Drainage System in Hanoi", International Journal of Berlin Technology University, 63, pp 18-19 27 Nguyen Huu Huan, Nguyen Xuan Hai, Tran Yem, Nguyen Nhan Tuan (2013), “Factors effect to the sunfua generation in the Tolich river, Vietnam”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 8(3), pp 190-199 28 Nguyen Huu Huan, Nguyen Xuan Hai, Tran Yem, Nguyen Nhan Tuan (2012), “METI-LIS model to estimate H2S emission rates from Tolich river, Vietnam”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 7(11), pp 1473-1479 29 Nguyen Thi Lan Huong, Ohtsubo M., Loreta Y.L., and Higashi T (2007), “Heavy metals pollution of the To Lich and Kim Nguu in Hanoi City and the Industrial sources of the pollutants”, Journal- Faculty of Agriculture Kyushu University, 52(1), pp 141-146 30 Nguyen Thi Lan Huong, Ohtsubo M., Loreta Y.L., Higashi T., and Kanayama M (2008), “Assessment of the water quality of two rivers in Hanoi City and its suitablility for irrigation water”, Paddy Water Environment, 6, pp 257-262 31 Nguyen Thi Thuong, Yoneda M., Ikegami M., and Takakura M (2013), “Source discrimination of heavy metals in sediment and water of To Lich river in Hanoi City using multivariate statistical approaches”, Environmental Monitoring Assessment, DOI 10.1007/s10661-013-3155-x 32 Nguyen Van Dan, and Nguyen Thi Dung (2002), Current status of groundwater pollution in Hanoi area, International Symposium on Environment and Injure for Community Health caused by Pollution during the Urbanization and Industrialization in Hanoi, 12/2002 33 Partnership for Environmental Education and Rural Health (2016), http://peer.tamu.edu/curriculum_modules/Water_Quality/module_3/lesson4.ht m, accessed on 05/10/2016 69 Footer Page 40 of 126 Header Page 41 of 126 34 Pham Khanh Huy, Nguyen Pham Hong Lien (2014), “Study on treatment of domestic wastewater of an area in Tu Liem district, Hanoi, by water hyacinth”, Journal of Vietnamese Environment, 6(2), pp.126-131 35 Steven D M., Frederic D L L (2016), “Removal of trace organic contaminants from domestic wastewater: A meta-analysis comparison of sewage treatment technologies”, International Journal of Environment International, 92-93, pp 183-188 36 Tran Thi Viet Nga, Tran Hoai Son (2011), "The application of A/O-MBR system for do-mestic wastewater treatment in Hanoi", Journal of Vietnamese Environment, 1, pp 19-24 37 Xiaojie M., Zhiwei W., Yan M., Zhichao W (2016), “Recover energy from domestic wastewater using anaerobic membrane bioreactor: Operating parameters optimization and energy balance analysis”, International Journal of Energy, 98, pp.146-154 38 Wilson C P (2006), “Water Quality Notes: Dissolved Oxygen”, IFAS Extension, SL313 70 Footer Page 41 of 126 ... ô nhiễm chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch  Nghiên cứu ảnh hưởng độ sâu sục khí đến khả hòa tan oxy vào nước  Nghiên cứu ảnh hưởng độ sâu sục khí đến khả xử lý chất hữu nước sông Tô Lịch Footer... ứng dụng xử lý thành phần hữu nước sông đô thị, đề tài luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp sục khí cưỡng đến khả xử lý chất hữu nước sông Tô Lịch tiến hành Đề tài tập trung nghiên cứu nội... HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Việt Hoàng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP SỤC KHÍ CƯỠNG BỨC ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: