Ứng dụng mô hình streeter phelps Đánh giá khả năng tự làm sạch nước sông Đồng nai Đoạn chảy qua phường quyết thắng, tp biên hòa, tỉnh Đồng nai

Các thông số đánh giá chất lượng nước mặt Có nhiều đặc tính quan trọng của nước mặt, bao gồm nhiệt độ, độ mặn, độ đục, nhu cầu ô xy hóa học, hàm lượng ô xy hòa tan, nhu cầu ô xy sinh họ

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC MẶT VÀ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC MẶT

1.1.1 Tổng quan về nước mặt

Theo Luật Tài nguyên Việt Nam năm 2012, nước mặt được định nghĩa là các nguồn nước tồn tại trên bề mặt đất liền hoặc hải đảo Nước mặt bao gồm tất cả các nguồn nước nhìn thấy trên bề mặt đất mà không phải do sự đào bới Điều này có nghĩa là nước mặt không chỉ bao gồm nguồn nước trên lục địa mà còn cả các dòng nước lưu thông.

Nước mặt, do nằm trên bề mặt lục địa, có thể bị mất qua quá trình bay hơi hoặc thấm xuống lòng đất để hình thành nước ngầm Đồng thời, nước mưa và nước ngầm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bổ sung cho nguồn nước mặt.

Nước mặt là nguồn tài nguyên quý giá trong cuộc sống, được cây cối hấp thụ qua quá trình thoát hơi và được con người sử dụng cho nhiều mục đích như sản xuất, tưới tiêu, sinh hoạt, và nuôi trồng thủy sản, hoặc thậm chí là đổ ra biển.

Nước mặt là nguồn nước tự nhiên có mặt trong các sông, hồ và khu vực đất ngập nước, được bổ sung qua giáng thủy Nguồn nước này thoát khỏi môi trường khi chảy ra đại dương, bốc hơi hoặc thấm xuống đất Nước mặt tồn tại trên bề mặt đất liền và các hải đảo.

1.1.1.2 Phân loại nguồn nước mặt

Nguồn nước mặt được phân chia thành 3 loại chính, bao gồm:

- Nguồn nước mặt vĩnh viễn: Là nguồn nước tồn tại quanh năm, bao gồm nước ống, nước hồ và nước đầm

Nguồn nước mặt bán vĩnh cửu là loại nước chỉ xuất hiện trong một khoảng thời gian nhất định trong năm, bao gồm các dạng như nước lạch, hố nước và nước trong đầm phá.

Nguồn nước mặt nhân tạo là loại nước do con người tạo ra, được lưu trữ trong các hệ thống hồ, đập và đầm lầy nhân tạo Nguồn nước này được khai thác từ các con sông và hồ, sau đó được chứa trong các bể đập để phục vụ cho mục đích sản xuất điện.

1.1.1.3 Các thông số đánh giá chất lượng nước mặt

Nước mặt có nhiều đặc tính quan trọng như nhiệt độ, độ mặn, độ đục, nhu cầu ô xy hóa học, hàm lượng ô xy hòa tan và nhu cầu ô xy sinh học Tất cả các yếu tố này đều có ảnh hưởng lớn đến khí hậu và sự đa dạng sinh học trong và xung quanh vùng nước Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất, quyết định sự phát triển và sinh trưởng của các sinh vật trong hệ sinh thái nước.

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa tự nhiên và ảnh hưởng đến chất lượng nước Các loài thủy sản và chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước rất nhạy cảm với biến động nhiệt độ Mỗi loài vi sinh vật chỉ có thể phát triển trong một khoảng nhiệt độ nhất định; ngoài phạm vi này, chúng không thể tồn tại Do đó, nhiệt độ là yếu tố quyết định sự tồn tại và phát triển của các sinh vật trong hệ sinh thái nước.

Cường độ màu của nước tăng lên khi pH tăng, đồng thời nước mặt cũng bị nhuộm màu do ô nhiễm từ các loại nước thải có màu Ý nghĩa của màu sắc nước không chỉ ảnh hưởng đến mỹ quan mà còn liên quan đến kinh tế và quy trình xử lý nước.

Nước từ các vùng đầm lầy thường có màu sắc không đạt yêu cầu cho sinh hoạt và một số ngành công nghiệp Màu sắc này xuất phát từ sự tương tác của nước với các mảnh vụn hữu cơ như lá cây và gỗ trong quá trình phân hủy Các chất gây màu này rất đa dạng, bao gồm tanin, acid humic và humat, trong đó lignin phân hủy được coi là nguyên nhân chính tạo ra màu sắc.

Nước nguyên chất hoàn toàn không có màu, và màu sắc của nước thường xuất phát từ các tạp chất như acid humic, một số ion vô cơ và một số loài thủy sinh vật Ngoài ra, mùi và vị của nước cũng bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này.

Nguồn nước thiên nhiên có thể mang nhiều mùi vị khác nhau, từ cay nhẹ, mặn, chua đến hơi ngọt, chủ yếu do các chất hòa tan và các yếu tố tự nhiên như bùn, đất sét, vi sinh vật, và xác động vật Ngoài ra, nước cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các chất nhân tạo như clo và phenol Mùi và vị trong nước ngầm thường xuất phát từ hoạt động của vi khuẩn yếm khí, dẫn đến sự xuất hiện của hydro sulfua (H2S) với mùi trứng thối Ở nồng độ thấp, mùi hôi có thể gây ra tác động tâm lý tiêu cực, làm giảm sự tiêu thụ nước và ảnh hưởng đến hô hấp, trong khi nồng độ cao có thể giảm chất lượng cuộc sống và tác động xấu đến mối quan hệ cộng đồng cũng như đầu tư kinh doanh.

Giá trị pH là yếu tố quan trọng trong việc xác định tính chất hóa học của nước và cần được kiểm tra để đảm bảo chất lượng nước pH ảnh hưởng đến tốc độ phát triển và sự sinh trưởng của sinh vật trong môi trường nước Sự thay đổi giá trị pH có thể làm thay đổi thành phần các chất trong nước thông qua quá trình hòa tan hoặc kết tủa, đồng thời thúc đẩy hoặc ngăn chặn các phản ứng hóa học và sinh học diễn ra trong nước.

 Khi pH =7 nước có tính trung tính;

 Khi pH 7 nước có tính kiềm [15] e) Hàm lượng oxy hoà tan (DO) (Dissolved Oxygen)

DO (Oxy hòa tan) là lượng oxy có trong một lít dung dịch ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định, được đo bằng mg/L hoặc phần trăm oxy bão hòa (%) Oxy là khí ít tan trong nước, và độ tan của nó tỷ lệ với áp suất riêng phần tại nhiệt độ cụ thể Oxy hòa tan trong nước chủ yếu đến từ hai nguồn chính.

11 là oxy không khí khuếch tán vào trong nước và oxy sinh ra trong quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh

DO không có tác dụng hóa học với nước, nhưng khả năng hòa tan oxy trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Khi nhiệt độ tăng, hàm lượng oxy hòa tan giảm; ở 0 °C, DO đạt 14.6 mg/L, nhưng chỉ còn 7 mg/L ở 35 °C Nồng độ oxy hòa tan tối thiểu thường là 8 mg/L Vào mùa hè, khi nhiệt độ tăng, lượng oxy hòa tan giảm và oxy bị tiêu thụ cho quá trình oxy hóa sinh học tăng lên, dẫn đến sự giảm đáng kể DO trong các nguồn nước.

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH STREETER – PHELPS

Phương pháp sinh học hiếu khí để xử lý nước thải đã được sử dụng từ thế kỷ

Phương pháp xử lý chất thải 19 đã trở thành tiêu chuẩn tại Mỹ từ năm 1930, được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm bảo toàn Các chất ô nhiễm này bao gồm nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), hàm lượng nitơ tổng, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng số vi khuẩn gây bệnh cũng như vi khuẩn trong phân.

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí, được đo bằng đơn vị mgO2/l BOD đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước thải và lượng oxy tiêu thụ trong quá trình này.

Oxy hoà tan (DO) là một thông số hóa học quan trọng, cần thiết cho sự ổn định của hệ sinh thái nước Khi DO thấp, cá chết, mùi hôi và sự giảm đa dạng sinh thái sẽ xảy ra Để bảo vệ môi trường nước, các bang ở Mỹ đã quy định tiêu chuẩn chất lượng nước, yêu cầu DO phải đạt ít nhất 5,0 mg.L-1 trung bình trong thời gian dài và 4,0 mg.L-1 tại bất kỳ thời điểm nào, đây cũng là chỉ tiêu quan trọng để kiểm soát amonia.

Phản ứng giữa amoniac (NH3) và oxy (O2) dưới tác động của vi khuẩn tạo ra nitrat (NO3), ion hydro (H+) và nước (H2O) Trong nước tự nhiên, NH3 tồn tại ở trạng thái cân bằng với ion amoni (NH4+), trong đó ion amoni được xem như một acid yếu với hằng số pKa khoảng 9,2.

25 o C, Vì vậy trong dãy pH của nước tự nhiên từ 6,0 – 9,0, Ammonium ion chiếm ưu thế [Phương trình (iii) dịch chuyển về phía phải]:

Tiêu chuẩn chất lượng nước quy định tổng lượng ammonianitrogen (NH3-N và NH4+-N) không vượt quá 2,0 mg.L-1 Tiêu chuẩn này được thiết lập dựa vào độc tính của ammonia không ion hoá, mà tăng lên theo nhiệt độ và pH.

Bảng 1.1 Phần trăm ammonia không ion hoá [NH3(ap)/ NH3(ap)- + NH 4

(ap)] thay đổi theo nhiệt độ và pH của nước bacteria

Ammonia không ion hoá pH 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9

Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là một trong những chất ô nhiễm quan trọng, gây giảm ô xy hòa tan do phân hủy lớp bùn dưới đáy, tạo độ đục trong nước và ảnh hưởng đến môi trường sống của vi sinh vật dưới nước Hơn nữa, TSS còn là môi trường cho các tác nhân gây bệnh bám vào Trong quá trình xử lý nước thải hiếu khí, TSS được loại bỏ thông qua quá trình lắng và tạo bông, và chúng là sản phẩm phụ cuối cùng của quá trình biến đổi sinh học từ chất hữu cơ hòa tan trong nước vào cơ thể sinh vật, với một số chất lắng được và một số không lắng được.

Coliform-bacteria là chỉ thị quan trọng cho sự hiện diện của mầm bệnh trong nước sông và suối, đồng thời được xem là một thành phần ô nhiễm Mặc dù chúng có thể được loại bỏ thông qua quá trình clo hóa trong xử lý nước thải, nhưng quá trình này cũng dẫn đến sự hình thành các hợp chất clo hữu cơ, có khả năng gây ung thư.

1.2.2 Sự ô nhiễm do các chất hữu cơ

Lượng oxy cần thiết để chuyển hóa vật chất thành CO2 và nước có thể được xác định thông qua hệ số tỉ lượng dựa trên thành phần hóa học của vật chất, được gọi là nhu cầu oxy lý thuyết (ThOD) Ngược lại, nhu cầu oxy hóa học (COD) là chỉ số đo lường không cần biết rõ thành phần hóa học của các chất trong nước, sử dụng một chất oxy hóa mạnh trong quá trình xét nghiệm.

Khi tiến hành xét nghiệm BOD, mẫu nước được hòa trộn với vi sinh vật và đun sôi, từ đó xác định nhu cầu oxy sinh hóa dựa trên sự chênh lệch nồng độ oxy trước và sau thí nghiệm Giá trị BOD luôn thấp hơn ThOD do một phần carbon được sử dụng để tạo ra tế bào vi khuẩn mới Xét nghiệm BOD đo lường lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện tương tự như môi trường tự nhiên, với vi sinh vật tiêu thụ chất hữu cơ và sử dụng oxy trong quá trình phân hủy hiếu khí Mặc dù không phải tất cả chất hữu cơ đều có khả năng phân hủy sinh học, BOD vẫn là phương pháp phổ biến để đánh giá ô nhiễm hữu cơ do mối liên hệ giữa BOD và sự suy giảm oxy trong nước Chất thải sinh hoạt và công nghiệp thường chứa chất hữu cơ, làm giảm nồng độ oxy hòa tan, ảnh hưởng đến sự sống của thủy sinh Nồng độ oxy hòa tan dưới 4-5 mg/l có thể dẫn đến sự giảm sút các loài thủy sinh, do đó đây là chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng nước sông Tốc độ ổn định sinh học phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ, trong đó tốc độ loại oxy tăng khi nhiệt độ tăng, và nước sông được bổ sung oxy chủ yếu qua quá trình hấp thụ từ không khí.

Dòng sông có khả năng tự làm sạch các chất thải hữu cơ nhờ vào các yếu tố như lưu lượng dòng chảy, thời gian chảy xuôi, nhiệt độ nước và quá trình tái sinh oxy thông qua hấp thụ.

Hình 1.1 Ảnh hưởng của ô nhiễm do các chất hữu cơ tới chất lượng dòng sông

Một dòng sông bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ được phân chia thành bốn khu vực theo hướng dòng chảy Khu vực ngay sau điểm xả thải được gọi là vùng phân rã, nơi diễn ra quá trình phân hủy các chất ô nhiễm.

Nồng độ oxy hòa tan trong nước giảm nhanh chóng do vi khuẩn phân hủy các hợp chất hữu cơ trong chất thải, dẫn đến vùng phân hủy mạnh với mức oxy thấp nhất, nơi diễn ra quá trình phân hủy kỵ khí và phát sinh mùi hôi, không phù hợp cho động vật bậc cao như cá Ngược lại, vi khuẩn và nấm phát triển mạnh, làm giảm BOD và tăng hàm lượng amoniac Trong vùng tái sinh, nồng độ oxy hòa tan tăng dần nhờ tốc độ hấp thụ oxy lớn hơn tốc độ sử dụng, và amoniac được vi sinh vật nitrat hóa, giúp các loài giáp xác và cá chịu đựng quay trở lại, đồng thời tảo phát triển mạnh do sự gia tăng chất dinh dưỡng vô cơ Cuối cùng, ở vùng nước sạch, nồng độ oxy hòa tan phục hồi về mức ban đầu, trong khi chất hữu cơ hầu như đã được phân hủy hoàn toàn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống của thực vật và động vật.

1.2.3 Ưu điểm và hạn chế

Dựa trên mối quan hệ giữa các quá trình và yếu tố tác động đến chất lượng nguồn nước, các mặt hàng chế biến lâm sản (MHCLN) được phân loại thành hai nhóm.

Mô hình tính toán sự lan truyền và phân bố các chất ô nhiễm trong dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong việc mô phỏng sự hình thành chất lượng nước và xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước Mô hình này giúp theo dõi sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng nước theo thời gian và không gian trong dòng chảy Việc thiết lập mô hình dựa trên giải phương trình tải và tải-phân tán các chất ô nhiễm, với các yếu tố đặc trưng về dòng chảy được xác định từ các mô hình thủy lực và dữ liệu thống kê hoặc đo thực nghiệm, như các mô hình QualI, II và Stream I, II.

Loại mô hình này có ưu điểm và hạn chế sau:

Kết quả nhanh chóng về sự lan truyền và phân bố các chất từ nguồn thải đến chất lượng nước giúp chúng ta đánh giá tác động ban đầu cũng như ảnh hưởng lâu dài đến nguồn nước.

- Độ tin cậy cao, dễ sử dụng do đòi hỏi ít các số liệu đầu vào

- Áp dụng rộng rãi trong việc đánh giá tác động của các hoạt động phát triển, dự báo xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước

CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trên Thế Giới

Nghiên cứu của Joao Paulo Cunha de Menezes và cộng sự (2015) về “Tốc độ khử oxy, tái tạo và khả năng tự làm sạch của một dòng suối đô thị nhiệt đới nhỏ” đã xác định tỷ lệ khử oxy (K1) và tái tạo (K2) tại ba phân đoạn của Ribeirão Vermelho trong hai mùa hè và đông Mô phỏng quá trình tự làm sạch bằng mô hình Streeter-Phelps cho thấy K1 và K2 cao hơn vào mùa đông với dòng chảy thấp hơn Kết quả mô phỏng cho thấy sự phổ biến của quá trình khử oxy hóa cacbon do nitrat hóa và nhấn mạnh tầm quan trọng của tái tạo tự nhiên Kết luận cho thấy Ribeirão Vermelho không có khả năng tự làm sạch trên toàn bộ chiều dài và chất lượng nước bị suy giảm do ô nhiễm từ xả thải.

Nghiên cứu của Theo Omole và cộng sự (2012) về khả năng tự lọc của sông Atuwara ở Nigeria cho thấy dòng sông này có khả năng tự thanh lọc hạn chế do mức độ bão hòa oxy hòa tan (DO) thấp Hơn nữa, việc thải các chất thải không thể phân hủy sinh học và có tính axit vào sông đã làm giảm khả năng tự thanh lọc của nó Do đó, nước từ sông Atuwara cần được xử lý trước khi được coi là an toàn cho người sử dụng.

Theo nghiên cứu của Alejandra Zurita và cộng sự (2021), mô hình nhu cầu oxy sinh học và dung lượng tải trong lưu vực khan hiếm dữ liệu đã được phát triển, giải quyết phương trình Streeter – Phelps Mô hình này đưa ra biểu thức phân tích liên hệ giữa oxy hòa tan (DO) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) trong các kịch bản khác nhau về dòng chảy tối thiểu trong 5, 50 và 100 năm Kết quả cho thấy phần nghiên cứu của sông Biobío có khả năng chuyên chở cao, không bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm chất hữu cơ.

Nghiên cứu của Euis Nurul Hidayah và cộng sự (2020) về chất lượng nước sông Surabaya (đoạn Karang Pilang-Gunung Sari) cho thấy nồng độ oxy hòa tan (DO) trung bình thấp, đạt 2.7 ± 0.1 mg L -1, với một số điểm có DO dưới 0.5 mg/L Điều này chỉ ra nồng độ BOD cao, trung bình 50.5 ± 1.5 mg/L Giá trị khử oxy (K1) dao động từ 0.34 đến 0.36 / phút, trong khi giá trị tái tạo (K2) nằm trong khoảng 0.80 đến 1.1 / phút.

1.3.2 Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam

Nghiên cứu của Cái Anh Tú (2018) về khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ và sông Đáy cho thấy sông Nhuệ có khả năng tự làm sạch khoảng 21.424 tấn/ngày, tương đương 0,285 tấn BOD/km/ngày, trong khi sông Đáy có khả năng tự làm sạch khoảng 2.023 tấn BOD/ngày, tức 9,78 tấn BOD/km/ngày Đặc biệt, khả năng tự làm sạch ở các đoạn thượng lưu của cả hai sông này thấp hơn so với các đoạn ở trung và hạ lưu.

Theo nghiên cứu của Đỗ Thị Hiền (2016) về khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ tại Hà Nội, tốc độ tự thanh lọc của COD và NH4+ trong điều kiện hiếu khí đạt mức cao nhất lần lượt là 15,5 mg/L mỗi ngày và 1,78 mg/L mỗi ngày Giá trị tốc độ tự làm sạch dao động từ 0,2 đến 0,28 mg/L Khả năng tiếp nhận tối đa chất ô nhiễm NH4+ trong điều kiện khuấy trộn và hiếu khí là 0,8 mg/L, trong khi đó, đối với tổng P, khả năng tiếp nhận tối đa là 0,2 mg/L trong điều kiện hiếu khí và khuấy trộn, còn ở điều kiện tĩnh là từ 0,1 - 0,2 mg/L Đối với COD, khả năng tiếp nhận tối đa trong điều kiện hiếu khí là 240 mg/L.

60 mg/L, ở điều kiện tĩnh là 120 mg/L.

ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Sông Đồng Nai chảy qua thành phố Biên Hòa, tọa lạc tại tọa độ 10°82′0″B 106°78′0″Đ, đi qua các phường như Tam Hiệp, Quyết Thắng, Hiệp Hòa, Bửu Long, Hòa Bình, Quang Vinh, Tân Phong và Long Bình Tân.

Hình 1.2: Vị trí phường Quyết Thắng

Quyết Thắng là một phường thuộc thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, với diện tích tự nhiên 1,39 km², chiếm 0,53% tổng diện tích thành phố Phường này giáp với phường Thống Nhất ở phía Đông, phường Thanh Bình và sông Đồng Nai ở phía Tây, phường Trung Dũng ở phía Bắc, và phường Thống Nhất ở phía Nam.

Tỉnh Đồng Nai có khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, trong khi mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau.

Nhiệt độ trung bình hàng năm tại tỉnh dao động từ 25 đến 29 o C Trong năm 2020, nhiệt độ cao hơn trung bình nhiều năm từ 0,5 đến 1 o C trong 10 tháng Nhiệt độ thấp nhất trong mùa khô ghi nhận vào tuần cuối tháng 1/2020, dao động từ 18 đến 20 o C, trong khi nhiệt độ cao nhất đạt từ 36 đến 38 o C vào tháng 3 và tháng 4/2020.

Số giờ nắng trung bình hàng năm vào mùa khô đạt khoảng 1.991 giờ, nhưng trong mùa mưa, thời gian nắng giảm do sự xuất hiện của mưa Tháng 8 thường có số giờ nắng thấp nhất, chỉ khoảng 1.723 giờ.

Lượng mưa từ đầu năm đến nay đạt 79% so với lượng mưa trung bình nhiều năm, dao động từ 1.400-1.800mm Mùa khô năm 2020 khắc nghiệt hơn năm 2019, với ít mưa trái mùa hơn Mùa khô bắt đầu sớm hơn và tháng 1 cùng tháng 3/2020 không ghi nhận trận mưa nào, trong khi tháng 2 chỉ có mưa nhỏ không đáng kể Độ ẩm trung bình trong mùa mưa đạt 85-88%, cao hơn nhiều so với độ ẩm trong mùa khô chỉ từ 68-76%.

1.4.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Vào năm 2019, cơ cấu kinh tế của Biên Hòa bao gồm công nghiệp – xây dựng chiếm 61,68%, dịch vụ 38,17% và nông lâm nghiệp 0,15% Đến tháng 10 năm 2019, dân số thành phố ước tính khoảng 1 triệu người, chưa kể khoảng 300.000 công nhân làm việc tại các khu công nghiệp, với mật độ dân số đạt 3.788 người/Km² Sự gia tăng dân số chủ yếu do di cư từ các địa phương khác đến làm việc tại các khu công nghiệp Thành phần dân cư chủ yếu là người Kinh, bên cạnh một bộ phận người gốc Hoa sống tập trung tại xã Hiệp Hòa và phường Thanh Bình Dân cư Biên Hòa rất đông, với người từ các tỉnh phía Bắc đến miền Tây Nam Bộ, tạo nên một tình hình dân số khó kiểm soát.

1.4.4 Dân số tỉnh Đồng Nai

Theo số liệu thống kê của Cục Thống kê, dân số tỉnh Đồng Nai đến cuối năm

Năm 2019, dân số tỉnh đạt 3.113.71 người, tăng 58.620 người so với năm 2018, tương đương với tỷ lệ tăng 1,86% Tỷ lệ dân số đô thị chiếm 44% tổng dân số, cùng với sự gia tăng lao động nhập cư vào các khu công nghiệp, đã dẫn đến nhu cầu sử dụng nước gia tăng Hệ quả là lượng nước thải sinh hoạt tăng lên mà chưa được xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

2.1.1 Mục tiêu tổng quát Đề tài đánh giá khả năng tự làm sạch sông Đồng Nai đoạn chảy qua phường Quyết Thắng, TP Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai nhằm đề xuất các giải pháp hạn chế mức độ ô nhiễm

- Xác định nguồn gây ô nhiễm nước mặt tại KVNC

- Đánh giá được khả năng tự làm sạch thông qua mô hình biến đổi Streeter - Phelps

- Đề xuất được các giải pháp nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm tại KVNC.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Khảo sát hiện trạng nguồn gây ô nhiễm nước mặt tại KVNC

- Ứng dụng mô hình Streeter Phelps đánh giá khả năng tự làm sạch tại KVNC

- Đề xuất được các giải pháp nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm tại KVNC.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nước mặt tại sông Đồng Nai đoạn chảy qua phường Quyết Thắng, TP Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

2.3.2.1 Phạm vi về không gian

Phường Quyết Thắng, TP Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

2.3.2.2 Phạm vi về thời gian

2.3.2.3 Phạm vi về nội dung Ứng dụng mô hình và các thông số trong mô hình pH, nhiệt độ, BOD5, DO, độ sâu, vận tốc, khoảng cách và lưu lượng dòng chảy

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thừa kế tài liệu mô hình Streeter Phelps liên quan đến đề tài

- Thừa kế các tài liệu liên quan đến nước mặt, phân tích môi trường

- Thừa kế bản đồ lưu vực sông Đồng Nai

Thừa kế tài liệu từ các công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước, cùng với các tư liệu từ bài báo, tạp chí, luận văn và khóa luận tốt nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền tảng vững chắc cho đề tài nghiên cứu Những nguồn tài liệu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá mà còn giúp nâng cao chất lượng và tính chính xác của nghiên cứu.

2.4.2 Phương pháp khảo sát hiện trường

- Thu nhập hình ảnh về lưu vực KVNC

- Điều tra nguồn phát sinh nước thải và các hoạt động ảnh hưởng đến KVNC

- Tuyến đường điều tra: dọc theo đường Cách mạng tháng 8 để điều tra con sông Đồng Nai Thời gian điều tra ngày 4 tháng 3 năm 2022

- Hình thức phỏng vấn: Phỏng vấn trực tiếp có sử dụng biểu mẫu

- Đối tượng phỏng vấn: Các hộ dân sinh sống và làm việc tại khu vực phường Quyết Thắng

Trong nội dung phỏng vấn, chúng tôi đã tìm hiểu về nguồn phát sinh nước thải, tính chất và đặc điểm của nó, cũng như các biện pháp khắc phục chất lượng nước mặt từ các cơ quan quản lý về chất lượng nước tại khu vực Nam Trung Bộ Các thông tin này giúp làm rõ những thách thức và giải pháp cần thiết để cải thiện tình trạng ô nhiễm nước tại khu vực này.

- Số phiếu phỏng vấn: 50 phiếu

2.4.4 Phương pháp phân tích mẫu

2.3.4.1 Phương pháp thu mẫu và bảo quản mẫu

- Vị trí thu mẫu được lấy từ đoạn phường Quyết Thắng tại 3 vị trí như hình 2.1

Hình 2.1: Vị trí lấy mẫu

Vị trí lấy mẫu (10°94'46.89"N - 106°81'78.21"E) nằm đối diện Sở Giáo dục và Đào tạo Đồng Nai, gần bờ kè Nguyễn Văn Trị và công viên dành cho người đi bộ Đây là khu vực chịu ô nhiễm nặng nề nhất, do tiếp nhận trực tiếp nguồn nước sông và các nguồn nước thải sinh hoạt của con người.

Tại vị trí 2 (10°94'09.96"N - 106°82'36.80"E), khu vực lấy mẫu nằm trong Công ty cổ phần cấp nước Đồng Nai, nơi có nhiều khu dân cư sinh sống và xả thải nước thải trực tiếp ra sông, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước Vị trí 3 (10°93'49.64"N - 106°82'66.13"E) nằm ngay giữa cầu Rạch Cát, cũng là khu vực tập trung đông dân cư, góp phần vào tình trạng ô nhiễm nguồn nước.

- Số lượng mẫu: thu 3 mẫu tại KVNC

- Tần suất lấy mẫu: Lấy mẫu 3 đợt mỗi lần thu mẫu cách nhau 15 ngày Cụ thể vào các buổi sáng các ngày 04/03/2022, 19/03/2022, 03/04/2022

- Mẫu được chứa trong chai 1,5 lít

- 1 thùng xốp để bảo quản mẫu

 Cách lấy mẫu và bảo quản mẫu

Mẫu nước được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 6663-6:2008 (ISO 5667-6:2005) và phải được bảo quản cũng như xử lý theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-3:2008, tương đương với tiêu chuẩn chất lượng ISO 5667-3:2003.

Mẫu nước mặt được thu thập tại phường Quyết Thắng, được chứa trong các can nhựa đã chuẩn bị sẵn và được bảo quản ở nhiệt độ từ 2 - 4 độ C Vị trí lấy mẫu nằm trong khu vực KVNC.

2.4.4.2 Phương pháp phân tích mẫu

Mẫu được phân tích tại phòng thực hành thí nghiệm môi trường thuộc khoa Tài Nguyên và Môi trường, Trường Đại học Lâm Nghiệp – Phân hiệu Đồng Nai

Bảng 2.1: Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm

STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích TCVN

1 pH Đo trực tiếp bằng máy đo Hanna HI 8424 TCVN 6492:2011

2 BOD5 Xác định nhu cầu oxy hóa học 5 ngày TCVN 6001-

3 DO Phương pháp Winkler TCVN 7324:2004

So sánh kết quả thu được với tiêu chuẩn Việt Nam, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2015/BTNMT)

2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu

 Cách tiếp cận cân bằng vật chất

Các cân bằng vật chất đơn giản giúp hiểu và giải quyết vấn đề đường cong diễn tiến DO Ba dạng cân bằng vật chất truyền thống không có phản ứng hóa học có thể được áp dụng để kiểm toán sự xáo trộn ban đầu của dòng chất thải và sông, BOD cacbon, cũng như các thay đổi về nhiệt độ do sự xáo trộn này gây ra.

- Gn = tải lượng DO trong nước thải, g/s;

- Gs = tải lượng DO trong nước sông, g/s;

- Qn = lưu lượng nước thải, m 3 /s;

- Qs = lưu lượng nước sông, m 3 /s;

- Cn = nồng độ oxy hòa tan trong nước thải, g/m 3 ;

- Cs = nồng độ oxy hòa tan trong nước sông, g/m 3

Tải lượng DO trong sông sau khi hòa trộn cân bằng với tổng tải lượng DO của dòng nước sông và nước thải:

Tải lượng DO sau khi hòa trộn = QnCn + QsCs

Tương tự đối với BOD toàn phần:

Tải lượng BOD sau khi hòa trộn = QnLn + QsLs

- Ln = BOD toàn phần của nước thải, mg/L;

- Ls = BOD toàn phần của nước sông, mg/L

Nồng độ của DO (oxy hòa tan) và BOD (nhu cầu oxy sinh hóa) trong nước sông sau khi xáo trộn được tính bằng cách chia tải lượng DO và BOD sau xáo trộn cho tổng lưu lượng của nước thải và nước sông.

Q n + Q s (2.4) Trong đó: La = BOD toàn phần đầu tiên sau khi xáo trộn

Phương trình diễn tiến DO được phát triển dựa trên độ thiếu hụt oxy thay vì nồng độ oxy hòa tan, nhằm đơn giản hóa việc giải phương trình vi phân Độ thiếu hụt oxy được định nghĩa là lượng oxy mà nồng độ hòa tan thực tế thấp hơn giá trị bão hòa của oxy trong không khí.

- D = độ thiếu hụt oxy, mg/L;

- DObh = nồng độ bão hòa của oxy hòa tan, mg/L;

- DO = nồng độ thực tế của oxy hòa tan, mg/L;

Giá trị bão hòa của oxy hòa tan phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ của nước thải – nó giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên

 Độ thiếu hụt oxy ban đầu

Điểm khởi đầu của đường cong diễn tiến DO là nơi dòng thải được hòa trộn với nước sông, và độ thiếu hụt ban đầu được xác định là sự khác biệt giữa nồng độ oxy hòa tan trong nước sông và nồng độ oxy trong dòng thải.

DO bão hòa và nồng độ DO sau khi xáo trộn:

- Da = Độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi nước sông và chất thải được xáo trộn, mg/L;

- DObh = Nồng độ bão hòa của oxy ở nhiệt độ của nước sông sau khi xáo trộn, mg/L

 Phương trình diễn tiến của DO

Hằng số tốc độ khử oxy, ký hiệu là kd, thể hiện tốc độ thấm khối oxy từ không khí vào dung dịch (A), và phản ứng này là bậc nhất, tỷ lệ với sự chênh lệch giữa nồng độ bão hòa và nồng độ thực của oxy hòa tan (DO) Phương trình mô tả quá trình này là d(DO)/dt = k(DO bh − DO) Ngoài ra, hằng số tốc độ nạp không khí được ký hiệu là kr.

Độ thiếu hụt oxy phụ thuộc vào sự cạnh tranh giữa việc sử dụng oxy và lượng oxy nạp từ khí quyển, được mô tả qua phương trình dD/dt = k d L - k r D.

- dD/dt = sự thay đổi độ thiếu hụt oxy (D) trên đơn vị thời gian, mg/L ngày;

- kd = hằng số tốc đô khử oxy, ngày -1 ;

- L = BOD hoàn toàn của nước sông, mg/L;

- kr = hằng số tốc độ nạp khí, ngày -1 ;

- D = độ thiếu hụt oxy trong nước sông, mg/L

Bằng cách lấy tích phân phương trình trên với các điều kiện biên: ở thời điểm t = 0: D = Da và L = La, và thời điểm t, D = D và L = L, ta được phương trình diễn tiến DO:

- D = độ thiếu hụt oxy trong nước sông sau khi sử dụng BOD theo thời gian, mg/L;

- La = BOD hoàn toàn lúc ban đầu sau khi nước sông và nước thải được xáo trộn, mg/L;

- kd = hằng số tốc độ khử oxy, ngày -1 ;

- kr = hằng số tốc độ nạp khí, ngày -1 ;

Da là độ thiếu hụt ban đầu sau khi nước sông và nước thải được xáo trộn, đo bằng mg/L Hằng số tốc độ nạp không khí phụ thuộc vào nhiệt độ và có thể điều chỉnh theo nhiệt độ thực tế của sông bằng công thức k T = k 20 (θ) T−20.

- kT – hằng số tốc độ BOD ở nhiệt độ xem xét, ngày -1 ;

- k20 – hằng số tốc độ BOD ở nhiệt độ 20 0 C, ngày -1 ;

- Hệ số nhiệt độ, θ = 1.135 ở nhiệt độ trong khoảng từ 4 - 20 0 C và θ = 1.056 ở nhiệt độ trong khoảng 20 – 30 0 C

Giá trị kr của một dòng sông phụ thuộc vào mức độ hỗn loạn, liên quan chặt chẽ với vận tốc dòng chảy và tỉ số giữa diện tích mặt thoáng và thể tích nước Cụ thể, một dòng sông hẹp và sâu có giá trị kr nhỏ hơn nhiều so với một dòng sông rộng và nông Công thức tính giá trị kr là k r = 3.9V 0.5.

- kr = hằng số tốc độ nạp không khí ở 20 o C, ngày -1 ;

- V = vận tốc trung bình của dòng chảy, m/s;

- H = độ sâu trung bình của dòng chảy, m

Hằng số tốc độ nạp không khí được xác định qua phương trình kT với hệ số nhiệt độ θ = 1.024 Trong nhiều dòng chảy, giá trị của kr có thể dao động từ 0,05 đến hơn 18 ngày -1.

Thời gian để đạt đến điểm tới hạn (tc) có thể được xác định bằng: t c = 1 k r −k d ln[k r k d (1−D a k r −k d k d L a )] (2.12) Độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

D c = k d k r × L a × e -k d t c (2.13) Khoảng cách nơi diễn ra độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

2.4.6.2 Phần mềm xử lý số liệu

Số liệu thu thập từ quá trình nghiên cứu được thống kê và xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel 2016

HIỆN TRẠNG NGUỒN GÂY Ô NHIỄM NƯỚC MẶT TẠI KVNC

3.1.1 Xác định nguồn phát sinh nước thải

Trong quá trình phỏng vấn tại phường Quyết Thắng, tác giả nhận thấy rằng nguồn nước thải chủ yếu được xả thẳng ra sông, gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nước Do hạn chế về dữ liệu, tác giả chỉ đề cập đến một số nguồn phát sinh chính như: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải giao thông, nước thải làng nghề và nước thải nông nghiệp Tất cả thông tin này được thu thập từ phỏng vấn trực tiếp các hộ gia đình trong địa bàn phường Quyết Thắng, được thể hiện cụ thể trong bảng 3.1.

Bảng 3.1: Đặc điểm của các nguồn phát sinh nước thải

STT Nguồn phát sinh Hoạt động hoặc vị trí phát sinh nước thải

1 Sinh hoạt Các hộ gia đình; từ các khu dân cư; trường học; công sở; xây dựng; khu công cộng

2 Công nghiệp Hoạt động sản xuất; kinh doanh; thương mại; khai thác và chế biến thực phẩm nông nghiệp

3 Làng nghề Làng nghề sản xuất gốm; điêu khắc đá

4 Nông nghiệp Chăn nuôi gia súc; gia cầm; nuồi trồng thủy hải sản

Nghiên cứu đã chỉ ra một số đặc điểm của nước thải sau quá trình điều tra tại phường Quyết Thắng Tác giả đã tiến hành phỏng vấn để xác định tỷ lệ phần trăm các nguồn phát sinh nước thải, và kết quả được thể hiện qua hình 3.1.

Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ các nguồn phát sinh nước thải

Kết quả khảo sát cho thấy nước thải sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao nhất với 44%, tiếp theo là nước thải công nghiệp 28%, nông nghiệp 16%, giao thông 8% và làng nghề 4% Điều này chỉ ra rằng ô nhiễm môi trường nước đang gia tăng, do hoạt động của con người như gia tăng dân số và mở rộng sản xuất Nếu tình trạng này tiếp tục, khả năng tiếp nhận của môi trường tự nhiên sẽ bị vượt quá, dẫn đến ô nhiễm nước nghiêm trọng Do đó, cần có các biện pháp phù hợp để đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội mà vẫn bảo vệ môi trường.

3.1.2 Xác định nguồn tiếp nhận

Sông Đồng Nai là nguồn tiếp nhận nguồn nước thải trực tiếp từ phường Quyết Thắng, cụ thể được thể hiện qua các hình dưới đây:

Sinh hoạt Công nghiệp Nông nghiệpGiao thông Làng nghề

Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện quá trình thay đổi chất lượng nước

Theo khảo sát phỏng vấn sau khi tiếp nhận nguồn thải từ Phường Quyết Thắng, chất lượng nước sông đã có nhiều thay đổi Cụ thể, 66% hộ dân cho biết nước có mùi hôi ngày càng rõ rệt, trong khi 34% cho rằng màu sắc nước cũng xấu đi do các hoạt động xả thải chưa được xử lý từ các hộ gia đình.

Hình 3.3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi lưu lượng nước

(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường)

Theo kết quả kế thừa từ Sở Tài nguyên và Môi Trường, các hoạt động phát sinh nước thải từ hai bên bờ sông Đồng Nai đã làm thay đổi lưu lượng nước sông Cụ thể, 80% phiếu cho thấy sự thay đổi, trong khi 20% phiếu không ghi nhận sự thay đổi Hình 3.3 minh họa rõ ràng sự chênh lệch này.

Có mùi hôi Màu sắc bị thay đổi

Thay đổi Không thay đổi

Hình 3.4: Biểu đồ thể hiện hiện trạng của nước

(Nguồn: Sở Tài nguyên và Môi trường)

Các hoạt động xả thải đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng của nguồn nước sông, với 78% phiếu cho thấy nước ô nhiễm, trong khi chỉ 22% phiếu cho thấy nước sạch Nếu không có biện pháp cải thiện, sức khỏe của người dân sống quanh khu vực sẽ bị ảnh hưởng, gây ra các bệnh về đường hô hấp do mùi hôi từ nước ô nhiễm và các bệnh về da khi sử dụng nước không qua xử lý Hơn nữa, tình trạng này cũng tác động tiêu cực đến môi trường sống của các vi sinh vật dưới nước.

Khảo sát trong Hình 3.5 cho thấy 90% người dân cho rằng ý thức cộng đồng là cao, trong khi chỉ 10% cho rằng ngược lại Tuy nhiên, sự thiếu ý thức của một bộ phận nhỏ này đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến mỹ quan đô thị, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông và ô nhiễm môi trường.

Có ý thức Không có ý thức

Kết quả phỏng vấn và đánh giá của người dân tại khu vực nghiên cứu cho thấy nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông và làng nghề đã ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Mặc dù lưu lượng nước sông không thay đổi đáng kể, nhưng màu sắc nước tại phường Quyết Thắng đã biến đổi, trở nên đục và có cặn bẩn nổi lên Các hoạt động khai thác cát và tàu thuyền đi lại làm gia tăng ô nhiễm, khiến nước sông có màu tối sậm Nước sông cũng bị ô nhiễm do xả thải từ con người và dầu mỡ từ phương tiện đường thủy, trong khi ý thức của người dân còn kém, dẫn đến tình trạng xả rác bừa bãi xuống mặt nước, gây tắc nghẽn và làm suy giảm chất lượng nước.

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH STREETER - PHELPS ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Mô hình Streeter - Phelps được sử dụng để đánh giá khả năng tự làm sạch của sông Đồng Nai sau khi tiếp nhận nguồn thải từ phường Quyết Thắng Để thực hiện đánh giá này, ngoài các thông số chính về chất lượng nước như DO, BOD, lưu lượng và nhiệt độ, mô hình còn cần các dữ liệu bổ sung như độ sâu nguồn nước và vận tốc dòng chảy.

Hình 3.6: Phương pháp áp dụng mô hình Streeter - Phelps cho nhiều nguồn

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả đã đánh giá các thông số đầu vào tại vị trí 1 để phục vụ cho việc tính toán theo mô hình Streeter - Phelps, kết quả này được trình bày trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Các thông số đầu vào phục vụ tính toán theo mô hình Streeter - Phelps tại vị trí 1

Khoảng cách (m) Sông Đồng Nai

Hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ tại là K1s = 0,38 (ngày -1 )

Từ các thông số đầu trên, tác giả tiến hành tính toán khả năng tự làm sạch theo mô hình Streeter - Phelps được trình bày cụ thể dưới đây

- Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông:

- BOD pha trộn giữa nước thải và nước sông:

Từ BOD5 = Lo(1-e -K 1 t) suy ra nồng độ chất hữu cơ ở thời điểm ban đầu sau khi có sự pha trộn:

- Nồng độ oxy hòa tan pha trộn ban đầu:

- Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông:

- Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ sau khi có sự pha trộn:

- Hệ số thấm khí sau khi có sự pha trộn:

- Sử dụng công thức nội suy ta nhận được nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ 29 o C là:

Từ đó độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn:

Do,mix = DObão hòa – DOo,mix = 7.579 – 6.530 = 1.049 (mg/l)

- BOD toàn phần tại nguồn thải 0 m được tính theo công thức:

- Tính độ thiếu hụt oxy và nồng độ oxy hòa tan tại vị trí 0 m được tính như sau:

- Thay các giá trị được tính ở các bước trên nhận được D1 (x)= 1.049 (mg/l)

- Thời gian để đạt đến điểm tới hạn (tc) có thể được xác định bằng: t c = 1 k r -k 1 ln[k r k 1 (1-D o k r -k 1 k 1 L o )]

- Độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

- Khoảng cách nơi diễn ra độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

Từ bảng 3.2, tác giả đã tiến hành tính toán khả năng tự làm sạch của sông Đồng Nai Kết quả cho thấy, sau khi tiếp nhận nguồn thải tại vị trí 1, chỉ số BOD toàn phần tại nguồn thải 0 m đạt 8.855 mg/l, vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 Điều này cho thấy lượng nhu cầu oxy sinh hóa vượt mức cho phép, dẫn đến giảm lượng oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng tiêu cực đến tốc độ phân hủy các chất hữu cơ và gây tác động nghiêm trọng đến hệ sinh thái.

Nồng độ oxy hòa tan tại nguồn thải đạt 6.530 mg/l, vượt mức tối thiểu 5 mg/l theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2, cho thấy nước sông có khả năng tự làm sạch Điều này chứng tỏ rằng hàm lượng oxy hòa tan trong nước sông tại KVNC khá dồi dào, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển mạnh mẽ của các loài thủy sinh.

3.2.2 Vị trí 1 đến vị trí 2

Kết quả đánh giá các thông số đầu vào khoảng cách từ vị trí 1 đến vị trí 2 cho mô hình Streeter - Phelps được trình bày chi tiết trong bảng 3.3.

Bảng 3.3: Các thông số đầu vào phục vụ tính toán theo mô hình Streeter - Phelps từ vị trí 1 đến vị trí 2

Sông Đồng Nai tại mặt cắt 2

Hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ tại là K1s = 0,38 (ngày -1 )

Từ các thông số đầu trên, tác giả tiến hành tính toán khả năng tự làm sạch theo mô hình Streeter - Phelps được trình bày cụ thể dưới đây

- Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông (m³/s) tại mặt cắt số 2 (nơi xảy ra sự hợp lưu giữa sông và nguồn thải 2):

- Tính BOD toàn phần tại nguồn thải 2

- BOD pha trộn ban đầu tại mặt cắt 2 giữa sông và nguồn thải 2:

- Nồng độ ôxy pha trộn ban đầu tại mặt cắt số 2 là:

- Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông:

- Hệ số K1 sau khi pha trộn ở mặt cắt số 2 là:

- Hệ số thấm khí K2 sau khi pha trộn tại mặt cắt số 2 là:

- Sử dụng công thức nội suy ta nhận được nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ 29 o C là:

Từ đó độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn:

Do,mix = DObão hòa – DOo,mix = 7.579 – 6.530 = 1.049 (mg/l)

- BOD toàn phần tại nguồn thải 810 m được tính theo công thức:

- Độ thiếu hụt oxy tại vị trí x = 810 (m) cách nguồn thải 2 được tính như sau:

- Thay các giá trị được tính ở các bước trên nhận được D1 (x) = 1.164 (mg/l)

- Thời gian để đạt đến điểm tới hạn (tc) có thể được xác định bằng: t c = 1 k r -k 1 ln[k r k 1 (1-D o k r -k 1 k 1 L o )]

- Độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

- Khoảng cách nơi diễn ra độ thiếu hụt oxy cực đại được xác định bằng:

Sau khi tiếp nhận nước thải tại mặt cắt số 1, sự pha trộn giữa hai mặt cắt cho thấy hàm lượng BOD toàn phần tại khoảng cách 810 m đạt 8.736 mg/l, vượt mức quy định QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 Điều này cho thấy lượng nhu cầu oxy sinh hóa vượt mức sẽ làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và các sinh vật sống trong nước, gây tổn hại nặng nề đến hệ sinh thái.

Kết quả đánh giá khả năng tự làm sạch của sông Đồng Nai cho thấy, khoảng cách từ vị trí 1 đến vị trí 2 (0 – 810 m) cho thấy nồng độ oxy hòa tan tại vị trí 2 đạt 6.416 mg/l, vượt mức tối thiểu 5 mg/l theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 Điều này chứng tỏ sông Đồng Nai có khả năng tự làm sạch hiệu quả.

3.2.3 Vị trí 2 đến vị trí 3

Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã đánh giá các thông số đầu vào liên quan đến khoảng cách từ vị trí 2 đến vị trí 3, phục vụ cho việc tính toán theo mô hình Streeter - Phelps, và kết quả được trình bày chi tiết trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Các thông số đầu vào phục vụ tính toán theo mô hình Streeter - Phelps từ vị trí 2 đến vị trí 3

Khoảng cách (m) Sông Đồng Nai tại mặt cắt 3

Hệ số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ tại là K1s = 0,38 (ngày -1 )

Từ các thông số đầu trên, tác giả tiến hành tính toán khả năng tự làm sạch theo mô hình Streeter - Phelps được trình bày cụ thể dưới đây

- Lưu lượng pha trộn giữa nước thải và nước sông (m³/s) tại mặt cắt số 2 (nơi xảy ra sự hợp lưu giữa sông và nguồn thải 2):

- Tính BOD toàn phần tại nguồn thải 3

- BOD pha trộn ban đầu tại mặt cắt 3 giữa sông và nguồn thải 3:

- Nồng độ ôxy pha trộn ban đầu tại mặt cắt số 3 là:

- Nhiệt độ pha trộn giữa nước thải và nước sông:

- Hệ số K1 sau khi pha trộn ở mặt cắt số 2 là:

- Hệ số thấm khí K2 sau khi pha trộn tại mặt cắt số 2 là:

- Sử dụng công thức nội suy ta nhận được nồng độ oxy hòa tan bão hòa tại nhiệt độ 29 o C là:

Từ đó độ thiếu hụt oxy ban đầu sau khi có sự pha trộn:

Do,mix = DObão hòa – DOo,mix = 7.579 – 6.416 = 1.163 (mg/l)

- BOD toàn phần tại nguồn thải 760 m được tính theo công thức:

- Độ thiếu hụt oxy tại vị trí x = 760 (m) cách nguồn thải 3 được tính như sau:

- Thay các giá trị được tính ở các bước trên nhận được D1 (x) = 1.269 (mg/l)

Sau khi tiếp nhận nước thải tại mặt cắt số 2, sự pha trộn giữa mặt cắt 2 và mặt cắt 3 cho thấy hàm lượng BOD toàn phần tại khoảng cách 760 m đạt 8.626 mg/l, vượt mức quy định của QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 Điều này cho thấy nhu cầu oxy sinh hóa vượt mức, dẫn đến giảm lượng oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng tiêu cực đến con người và sự sống của các sinh vật trong môi trường nước.

Kết quả đánh giá khả năng tự làm sạch cho thấy khoảng cách từ vị trí 2 đến vị trí 3 (810 – 1570m) có nồng độ oxy hòa tan tại vị trí 3 đạt 6.311 mg/l, cao hơn mức tối thiểu 5 mg/l theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 Tuy nhiên, nồng độ này thấp hơn so với vị trí 1, cho thấy khả năng tự làm sạch chưa diễn ra do khoảng cách ngắn được tính toán bởi tác giả.

3.2.4 So sánh kết quả của 3 vị trí tại KVNC

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn và vi sinh vật trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy Khi vi khuẩn tiêu thụ oxy hòa tan để phân hủy chất hữu cơ, việc xác định tổng lượng oxy hòa tan là rất quan trọng để đánh giá tác động của nước thải đến nguồn nước BOD cho thấy lượng chất thải hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học, và nghiên cứu khả năng tự làm sạch nước được thực hiện qua mô hình Streeter Phelps tại ba vị trí, với kết quả được trình bày trong hình 3.7.

Hình 3.7: Khả năng tự làm sạch theo mô hình Streeter - Phelps của BOD 5 qua 3 vị trí tại KVNC

Theo hình 3.7, chỉ số BOD5 tại ba vị trí đều vượt mức quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2, với giá trị cao nhất là 8.855 mg/L tại VT1 và thấp nhất là 8.626 mg/L tại VT3 Sự vượt mức này cho thấy nước sông tại KVNC đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, nếu không được xử lý kịp thời sẽ dẫn đến cái chết của các sinh vật thủy sinh.

Hàm lượng oxy hòa tan đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm trong nước, ảnh hưởng đến điều kiện yếm khí và hiếu khí Việc đo đạc chính xác hàm lượng này là cần thiết để hiểu rõ hơn về quá trình xử lý nước thải.

DO rất cần thiết, giúp có biện pháp duy trì điều kiện hiếu khí trong nguồn nước tự nhiên tiếp nhận chất ô nhiễm

Oxy hòa tan (DO) đóng vai trò quan trọng trong hô hấp của các sinh vật sống dưới nước như tôm, cá và côn trùng Oxy này được tạo ra từ quá trình quang hợp của tảo hoặc hòa tan từ khí quyển, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Nghiên cứu này tính toán khả năng tự làm sạch nước thông qua mô hình Streeter-Phelps tại ba vị trí khác nhau, với kết quả được thể hiện trong hình 3.8.

Hình 3.8: Khả năng tự làm sạch theo mô hình Streeter - Phelps của DO qua 3 vị trí tại KVNC

Hàm lượng oxy hòa tan (DO) tại ba vị trí được khảo sát đều nằm trong ngưỡng cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2, dao động từ 6.311 đến 6.53 mg/l Mặc dù có sự chênh lệch giữa các giá trị DO, nhưng mức độ chênh lệch không đáng kể, với giá trị cao nhất là 6.53 mg/L tại vị trí 1 và thấp nhất là 6.311 mg/L tại vị trí 3 Do khoảng cách giữa các vị trí khảo sát ngắn, khả năng tự làm sạch của môi trường chưa được phát huy.

ĐỀ XUẤT ĐƯỢC CÁC GIẢI PHÁP NHẰM HẠN CHẾ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM TẠI KVNC

Các biện pháp quản lý và bảo vệ tài nguyên nước mặt, cũng như xử lý nước ô nhiễm, thường có sự phối hợp và tác động lẫn nhau Bằng cách nghiên cứu các nguyên nhân gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt, cùng với những vấn đề còn tồn tại trong hệ thống quản lý môi trường nước tại phường Quyết Thắng, luận văn đề xuất một số giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước tại khu vực này.

3.3.1 Xử lý nước thải trước khi xả vào sông

Khi tổ chức hệ thống thoát nước phân tán, nước thải cần được xử lý để đảm bảo tuân thủ các quy định về vệ sinh môi trường và phù hợp với khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận.

Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải được thiết kế hiệu quả kinh tế cao, giảm chi phí đầu tư cho các tuyến cống thoát nước thải Hệ thống này còn giúp điều tiết nước sông trong mùa khô và mùa lũ, đảm bảo cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, đồng thời tăng khả năng tự làm sạch của sông Các trạm xử lý nước thải cần tập trung giảm hàm lượng cặn lơ lửng, BOD, nitơ, phốt pho và tổng coliform đến mức cho phép để duy trì chế độ ôxy và hạn chế nguy cơ phú dưỡng Đề xuất xây dựng hệ thống dẫn nước thải và hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung tại thành phố Biên Hòa trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

3.3.2 Tăng cường quá trình pha loãng nước sông với nước thải

Nước thải xả vào sông cần tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt để không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cảnh quan khu vực Để đảm bảo hiệu quả xáo trộn tốt nhất, nước thải nên được xả ngập và thực hiện xả có áp.

Có thể sử dụng các loại miệng xả như cống xả ejectơ và cống xả phân tán để xáo trộn đều nước thải với nước hồ, đồng thời làm giàu ôxy cho nguồn nước.

3.3.3 Tuyên truyền giáo dục, nâng cao nhận thức của người dân và cán bộ làm công tác môi trường về BVMT

- Tuyên truyền sâu rộng trong các khu dân cư, giúp người dân hiểu được tác hại của nước thải, nước thải đối với ô nhiễm với nguồn nước

Doanh nghiệp phải tuân thủ quy chế xử phạt nghiêm ngặt đối với các hành vi vi phạm, đặc biệt là trong việc xử lý nước thải Những doanh nghiệp không có hạng mục xử lý nước thải cần được kiên quyết ngăn chặn hoạt động để bảo vệ môi trường.

Hỗ trợ quy hoạch và tài chính cho hệ thống thu gom, xử lý nước thải và rác thải tại các làng nghề thủ công là cần thiết Cần xây dựng cơ chế thu hút sự tham gia của các cấp, ngành và cộng đồng dân cư trong quy trình lập quy hoạch và đầu tư bảo vệ môi trường nước Đồng thời, tăng cường vai trò của cộng đồng trong quản lý và sử dụng nguồn nước, cũng như công khai thông tin về tình hình ô nhiễm và các nguồn gây ô nhiễm để nâng cao nhận thức và trách nhiệm.

53 nhiễm môi trường nước trên các phương tiện thông tin đại chúng, đến các điểm dân cư

Truyền thông, bao gồm báo giấy, báo mạng và các phương tiện thông tin đại chúng, có thể thông báo đến các đơn vị, cơ quan và đối tượng có nguy cơ xả thải ô nhiễm, cũng như người dân, về những tác động đến chất lượng nước sông Đồng Nai tại phường Quyết Thắng.