NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI HÀM LƯỢNG Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỢI VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU

10 354 0
NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI HÀM LƯỢNG Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỢI VÙNG  ẢNH HƯỞNG TRIỀU

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ trong hệ thống sôngkênh thay đổi do nhiều yếu tố khác nhau trong môi trường, đó là các quá trình biến đổi lý, hóa, sinh tức là thay đổi do quá trình tải, khuếch tánphân tán hoặc do quá trình chuyển hóa. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu quá trình biến đổi hàm lượng ô nhiễm hữu cơ trong hệ thống thủy lợi vùng ảnh hưởng triều – cụ thể là hệ thống thủy lợi ven sông Sài Gòn (Rạch Tra – Vàm Thuật). Kết quả nghiên cứu cho thấy ở vùng ảnh hưởng thủy triều mạnh quá trình biến đổi vật lý (tải – khuếch tán) hay nói cách khác quá trình pha loãng do thủy triều đóng vai trò chủ đạo chứ không phải các quá trình chuyển hóa (quá trình hóa sinh). Hệ số pha loãng được xác định trong khoảng 1,8 – 2,5.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 NGHIÊN CỨU CÁC Q TRÌNH BIẾN ĐỔI HÀM LƯỢNG Ơ NHIỄM HỮU CƠ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỢI VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU STUDY ON THE CHANGES OF ORGANIC POLLUTION CONTENT IN THE IRRIGATION SYSTEM IN THE TIDE EFFECTED AREA ThS.NCS. Trịnh Thị Long TĨM TẮT Hàm lượng các chất ơ nhiễm hữu cơ trong hệ thống sơng/kênh thay đổi do nhiều yếu tố khác nhau trong mơi trường, đó là các q trình biến đổi lý, hóa, sinh tức là thay đổi do q trình tải, khuếch tán/phân tán hoặc do q trình chuyển hóa. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu q trình biến đổi hàm lượng ơ nhiễm hữu cơ trong hệ thống thủy lợi vùng ảnh hưởng triều – cụ thể là hệ thống thủy lợi ven sơng Sài Gòn (Rạch Tra – Vàm Thuật). Kết quả nghiên cứu cho thấy ở vùng ảnh hưởng thủy triều mạnh q trình biến đổi vật lý (tải – khuếch tán) hay nói cách khác q trình pha lỗng do thủy triều đóng vai trò chủ đạo chứ khơng phải các q trình chuyển hóa (q trình hóa sinh). Hệ số pha lỗng được xác định trong khoảng 1,8 – 2,5. ABTRACT The content of organic pollutants in river/canal system veries due to several factors in the environment. Those are physical, chemical and biological processes, which mean changing due to advective/diffusive/dispersive or transformation. This paper presents the results of study on the changes of organic pollution content in the irrigation system in the tide effected area – Irrigation system of the right river-side of Saigon River (Rạch Tra – Vàm Thuật). The results show that, in the strong tide effected area, the physical changing process (advective – diffusive) i.e the dilution process due to tide water from the sea play a dicisive role but not the transformation (chemical/biological) processes. The dilution coefficent is determined in the range of 1.8 – 2.5. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng nước thay đổi trong sơng, kênh do các q trình lý, hóa, sinh và q trình biến đổi vật lý [4]. Sự vận chuyển vật lý bao gồm q trình tải – 112 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 khuếch tán. Các q trình thay đổi chất trong mơi trường nước có thể được biểu diễn bằng khái niệm như sau [5]: = + + Như vậy cơ chế của q trình thay đổi nồng độ bao gồm (hình 1): Hình 1: Q trình biến đổi nồng độ các chất trong mơi trường nước + Q trình tải. + Q trình khuếch tán. + Q trình phân tán. + Q trình hấp thụ (sự hút thấm bề mặt). + Q trình biến đổi sinh học/hóa học. 113 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM Thay đổi nồng độ theo thời gian Thay đổi do q trình tải Thay đổi do q trình khuếch tán hoặc phân tán Thay đổi do q trình chuyển hóa Nồng độ ban đầu Quá trình tải Khuếch tán + phân tán Tải + Khuếch tán + Hấp phụ Tải + Khuếch tán + Hấp phụ + Phân hủy Thời gian Thời gian Thời gian Thời gian Thời gian Dòng chảy Nồng độ TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Chất lượng nước trong hệ thống thủy lợi vùng bị ảnh hưởng triều diễn ra khá phức tạp do dao động của dòng chảy. Nồng độ chất ơ nhiễm dao động mạnh trong ngày, theo con nước, và theo mùa. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu tại hệ thống thủy lợi bờ hữu ven sơng Sài Gòn (Rạch Tra – Vàm Thuật) đối với ơ nhiễm hữu cơ được xác định bằng các thơng số BOD 5 và COD. Hệ thống thủy lợi Rạch Tra – Vàm Thuật với các kênh rạch chằng chịt, nằm ở ven sơng Sài Gòn (trong hệ thống Sài Gòn - Đồng Nai), thuộc địa phận thành phố Hồ Chí Minh (xem hình 2) giới hạn từ Nam Rạch Tra đến phía bắc sơng Vàm Thuật (cửa rạch Bến Cát) có diện tích khoảng 3.560ha, là một dải đất thấp với địa hình có xu thế dốc ngược phía sơng cao càng sâu vào trong càng thấp cộng với sự bồi lắng của các kênh rạch đã làm cho sự tiêu thốt nước rất kém hiệu quả. Phía tây nam vùng nghiên cứu bị ơ nhiễm nặng vì nước thải từ thành phố thải vào các kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật. Mức độ ơ nhiễm ở các kênh này thuộc vào loại nặng nhất thành phố Hồ Chí Minh. Hình 2: Vị trí vùng nghiên cứu Các kênh rạch trong vùng nghiên cứu II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phương pháp nghiên cứu sau được áp dụng: + Phương pháp khảo sát hiện trường, đo đạc, lấy mẫu phân tích, thống kê, tổng hợp tài liệu và đánh giá kết quả. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 114 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 + Phương pháp mơ phỏng trên mơ hình tốn MIKE 11 (MIKE 11-HD, MIKE 11- AD, MIKE 11-WQ và MIKE 11-Ecolab) các vấn đề thủy văn, mơi trường và dự báo [2], [3]. Các q trình chất lượng nước trong mơ hình MIKE được mơ tả trong hình 3. + Các vật liệu tiêu thụ oxy biểu thị bằng nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD) và oxy hòa tan (DO) sẽ được quan tâm xem xét trên tồn hệ thống. Vị trí giám sát được trình bày trong bảng 1. + Mẫu được lấy trên tồn vùng nghiên cứu, ở các sơng/kênh chính và kênh rạch nhánh bao quanh vùng nghiên cứu và trong nội vùng nghiên cứu vào mùa mưa và mùa khơ, vào lúc đỉnh triều và chân triều, vào lúc nước ròng và nước lớn cùng với các đợt đo tăng cường từng giờ, trong các năm 2002 - 2004. + Tất cả các số liệu được phân tích theo Standard methods [1] tại các phòng thí nghiệm đã được cơng nhận LAS hoặc VILAS:  Phòng thí nghiệm hóa mơi trường đất, nước – Trung tâm nghiên cứu mơi trường và xử lý nước, thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam: LAS-XD 282 do Bộ Xây dựng cấp.  Trung Tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm số 2 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, TP HCM.  Phòng thí nghiệm trọng điểm phía Nam thuộc Viện Sinh học Nhiệt đới. + Oxy hòa tan được đo trực tiếp trên sơng (online measurement) bằng máy với 5 chỉ tiêu khác: pH, t°C, S, TDS and EC. Độ chính xác của máy đã đựơc kiểm định tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 3) thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng. Bảng 1: Vị trí giám sát chất lượng nước năm 2002, 2003 và 2004 ST T Vị trí giám sát Ký hiệu Vị trí giám sát 1 Trên sơng Sài Gòn (SG1)cách ngã ba sơng Sài Gòn – rạch Tra 1500m 9 Rạch Tư Trang 2 Cầu Rạch Tra 10 Rạch Sâu 1 3 Cầu Bà Hồng 11 Ba Thơn 1 4 Cửa Vàm Thuật 12 Ba Thơn 3 5 Sơng Vàm Thuật 13 Cầu Giao Khẩu 6 Cầu An Lộc 14 Rạch Rõng Gòn 7 Cầu Bến Phân 15 Trên sơng Sài Gòn phía dưới ngã ba sơng SG và sơng Vàm 8 Cầu Trường Đai 115 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 3: Các q trình chất lượng nước trong mơ hình MIKE III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết quả nghiên cứu giám sát chất lượng nước trong vùng nghiên cứu cho thấy rằng hàm lượng ơ nhiễm hữu cơ thay đổi theo thủy triều, theo mùa và theo con nước. Chất lượng nước ở các kênh rạch trong vùng nghiên cứu có biểu hiện xấu hơn về mùa khơ và được cải thiện về mùa mưa (hình 4). Nước ròng và nước lớn cũng làm thay đổi đáng kể hàm lượng hữu cơ trong hệ thống (hình 5 và 6). Chất lượng nước ở các sơng/kênh bao quanh vùng nghiên cứu bị tác động mạnh mẽ bởi thủy triều hơn so với các kênh rạch nội vùng (xem hình 5 và 6). Các kênh rạch nội vùng khơng những bị tác động bởi ơ nhiễm từ hệ thống kênh Tham Lương-Bến Cát-Rạch Nước Lên mà còn là nơi tiếp nhận ơ nhiễm từ các khu dân cư, trại chăn ni, khu chế xuất,… như Rạch Sâu, Rạch Tư Trang, Rạch Rõng Gòn… Ảnh hưởng của thủy triều đối với các q trình chất lượng nước và hàm lượng ơ nhiễm hữu cơ trong mơi trường nước được đánh giá thơng qua việc thực hiện mơ hình tải khuếch tán (MIKE 11 AD – Khơng bao gồm các q trình chất lượng nước) với các chỉ tiêu giống như mơ hình chất lượng nước (MIKE 11 ECO Lab – Bao gồm các q trình chất lượng nước), các điều kiện biên khác của 2 mơ hình khơng đổi. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 116 Các chất hữu cơ lơ lửng Các chất hữu cơ hòa tan Các chất hữu cơ trong bùn đáy BODsusp. Suy thối BODsusp. Suy thối BODdis. Suy thối Quang hợp Hơ hấp Nitrat hóa NH3 Các nguồn ơ nhiễm BOD-susp, BOD-dis., NH3 Tái tạo oxy Nắng NO 3 N2 2 Hấp thụ của bùn đáy Hơ hấp + - - - TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 4: Sự biến động của chất hữu cơ theo mùa trong vùng nghiên cứu (giá trị trung bình của các lần giám sát trong mùa mưa và mùa khơ) Hình5: Diễn biến BOD 5 theo thủy triều ở kênh, sơng bao quanh vùng nghiên cứu trong ngày nước ròng (18/9/2004) và ngày nước lớn (28/9/2004) 117 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00 SG1 Cầu Rạch Tra Cầu Bà Hồng Cầu ng Đụng Rõng Gòn Rạch Sâu Ba Thôn 3 Cửa Vàm Thuật Cầu An Lộc Cầu Trường Đai BOD5/COD (mg/l) BOD mùa khô COD mùa khô BOD mùa mưa COD mùa mưa TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 6: Diễn biến BOD 5 ở các kênh rạch bên trong vùng nghiên cứu trong ngày nước ròng (18/9/2004) và ngày nước lớn (28/9/2004) Kết quả tính tốn cho thấy tại các vị trí xa sơng Vàm Thuật, q trình chất lượng nước có ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ các chất trong nước. Trong khi đó, dọc theo sơng Vàm Thuật nồng độ BOD của hai mơ hình MIKE 11 AD và MIKE 11 ECO Lab khơng khác nhau nhiều, điều này chứng tỏ các q trình chất lượng nước trong mơi trường nước sơng Vàm Thuật khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nước (hình 7, 8 và 9). Hình 7: Kết quả tính tốn BOD 5 của mơ hình MIKE 11 AD và mơ hình MIKE 11 ECO Lab mùa khơ năm 2003 tại cầu An Lộc - sơng Vàm Thuật VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 118 00:00:00 13-5-2003 12:00:00 00:00:00 14-5-2003 12:00:00 00:00:00 15-5-2003 12:00:00 00:00:00 16-5-2003 12:00:00 00:00:00 17-5-2003 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 [mg/l] Time Series Concentration (KQWQ03-L4-C+P.RES11) Concentration VAMTHUAT 4915.00 BOD VAMTHUAT 4915.00 BOD TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 8: Kết quả tính tốn BOD 5 của mơ hình MIKE 11 AD và mơ hình MIKE 11 ECO Lab mùa khơ năm 2003 tại Sài Gòn 2. Hình 9: Kết quả tính tốn BOD 5 của mơ hình MIKE 11 AD và mơ hình MIKE 11- ECO Lab mùa khơ năm 2003 tại Ơng Đụng So sánh nồng độ các chất với mực nước thủy triều cho thấy vùng bị ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều, chất lượng nước chủ yếu phụ thuộc vào q trình pha lỗng nhờ nước thủy triều, chẳng hạn ở sơng Vàm Thuật (hình 10). Khi thủy triều đạt đỉnh nồng độ BOD có thể đạt tiêu chuẩn loại A (<20 mg/l) tại các đầu kênh rạch sát với sơng Sài Gòn (Hình 11). Kết quả thực đo và tính tốn cho thấy hệ số pha lỗng ở vùng ảnh hưởng triều mạnh dao động khoảng từ 1,8 – 2,5. Như vậy, q trình pha lỗng đóng vai trò quan trọng và chủ yếu trong vùng ảnh hưởng của thủy triều. 119 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM SAIGON 18190.00 BOD External TS 1 BOD5 Sai gon 2(WQ19) 12:00:00 14-5-2003 00:00:00 15-5-2003 12:00:00 00:00:00 16-5-2003 12:00:00 00:00:00 17-5-2003 12:00:00 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 [mg/l] Time Series Concentration (KQWQ03-L4-C+P.RES11) Concentration ONGDUNG 495.00 BOD ONGDUNG 495.00 BOD External TS 1 BOD5 Ong Dung(WQ2) 12:00:00 14-5-2003 18:00:00 00:00:00 15-5-2003 06:00:00 12:00:00 18:00:00 00:00:00 16-5-2003 06:00:00 12:00:00 4.0 6.0 8.0 10.0 [mg/l] Time Series Concentration (KQWQ03-L4-C+P.RES11) Concentration SAIGON 18190.00 BOD TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình10: Sự biến đổi ơ nhiễm hữu cơ (BOD 5 ) theo thủy triều trên sơng Vàm Thuật Hình 11: Tương quan giữa nồng độ BOD và thủy triều tại Cầu Giao Khẩu (Rạch Ba Thơn) IV. KẾT LUẬN • Ở vùng có thủy triều tác động, hàm lượng ơ nhiễm hữu cơ thay đổi theo thủy triều, theo mùa và theo con nước. • Chất lượng nước ở các kênh rạch trong vùng nghiên cứu có biểu hiện xấu hơn về mùa khơ và được cải thiện về mùa mưa. • Chất lượng nước ở các sơng kênh bao quanh vùng nghiên cứu bị tác động mạnh mẽ bởi thủy triều hơn so với các kênh rạch nội vùng. • Ở vùng ảnh hưởng mạnh của thủy triều, nồng độ các chất ơ nhiễm hữu cơ phụ thuộc vào q trình pha lỗng (q trình tải – khuếch tán: biến đổi vật lý) chứ khơng phải các q trình hóa sinh, hệ số pha lỗng khoảng 1,8-2,5. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 120 12:00:00 12-5-2003 00:00:00 13-5-2003 12:00:00 00:00:00 14-5-2003 12:00:00 00:00:00 15-5-2003 12:00:00 00:00:00 16-5-2003 12:00:00 00:00:00 17-5-2003 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 [mg/l] -0.5 0.0 0.5 1.0 [meter] Time Series (KQAD03-L4-C+P.RES11) 00:00:00 15-5-2003 13-5-2003 00:00:00 14-5-2003 00:00:00 15-5-2003 13-5-2003 00:00:00 16-5-2003 00:00:00 17-5-2003 00:00:00 18-5-2003 00:00:00 19-5-2003 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 [mg/l] BOD -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 [meter] Water Level Time Series (kqeco_may03_cal00.res11) Concentration BATHON_TAMDU 1225.00 BOD Water Level BATHON_TAMDU 1225.00 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 • Ở vùng ít hoặc khơng bị ảnh hưởng thủy triều thì các q trình chất lượng nước vẫn đóng vai trò chủ đạo. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Arnold E. Greenberg, Lenore S. Clescerd & Andrew D.Eaton (1999). Standard Methods for the Examination of water and wastewater. 2. DHI water & environment (2000). MIKE 11 - A Modelling System for Rivers and Channels - User Guide. DHI Software 2000. 3. DHI water & environment (2003). ECOLAB MIKE 11 WQ.– DHI Software 2003. 4. Rauch W, Henze M, Koncsos L, Reichert , Chanahan P, Somlyody L and Vanrolleghem P (1998). River water quality modelling: I. Status of the Art. Wat. Sci. Tech. Vol 38, No 9. 5. Somlyody L, M. Henze, L. Koncsos, W. Rauch, P. Reichert, P. Shanahan and P. Vanrolleghem (1998). River water quality modelling: III. Future of the Art, Wat. Sci. Tech. Vol 38, No 11, pp 253-260. Người phản biện: PGS.TS. Lương Văn Thanh 121 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM . Rõng Gòn Rạch Sâu Ba Thôn 3 Cửa Vàm Thuật Cầu An Lộc Cầu Trường Đai BOD5/COD (mg/l) BOD mùa khô COD mùa khô BOD mùa mưa COD mùa mưa TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 6: Diễn biến. 00:00:00 16-5-2003 12:00:00 00:00:00 17-5-2003 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 [mg/l] Time Series Concentration (KQWQ03-L4-C+P.RES11) Concentration VAMTHUAT 4915.00 BOD VAMTHUAT 4915.00 BOD TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA. mơ hình MIKE 11 AD và mơ hình MIKE 11 ECO Lab mùa khơ năm 2003 tại Sài Gòn 2. Hình 9: Kết quả tính tốn BOD 5 của mơ hình MIKE 11 AD và mơ hình MIKE 11- ECO Lab mùa khơ năm 2003 tại Ơng Đụng So

Ngày đăng: 28/08/2014, 14:42

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan