BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH DÒNG SÔNG

Khái niệm về khả năng tự làm sạch của nguồn nước Khả năng tự làm sạch trong môi trường nói chung được khái niệm là khả năng tự điều tiết trong hoạt động của môi trường thông qua một số c

MÔN XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ &KCN

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH DÒNG SÔNG

GV: GS.TS LÂM MINH TRIẾT HỌC VIÊN:

LÊ THỊ MINH CHÂU

LÊ THỊ DIỆU HIỀN

NGUYỄN THỊ THU THỦY

Tháng 11 - 2011

MỤC LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 43

1 Khái niệm về khả năng tự làm sạch của nguồn nước 54

2 Quá trình tự làm sạch của nguồn nước 84

2.1 Quá trình xáo trộn nước thải với nước nguồn 116

2.2 Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nguồn nước 138

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước 1611

4.1 Nồng độ oxi hòa tan trong nước: 1611

4.2 Loại chất ô nhiễm trong nguồn nước: 1812

4.3 Vi khuẩn và vi sinh vật trong nước 1813

4.4 Các yếu tố vật lý của dòng chảy: 1813

4.5 Các chất độc: 1914

4.6 Sự pha loãng: 1914

4.7 Nhiệt độ: 1914

4.8 Sự lắng đọng của chất hữu cơ 2015

4 Biện pháp tăng khả năng tự làm sạch của nước 2015

4.1 Thông gió dòng sông 2015

4.2 Bổ sung nước cho sông trong thời kỳ lưu lượng thấp 2015

4.3 Bảo vệ lớp phủ thực vật trên toàn lưu vực 2116

4.4 Thường xuyên nạo vét dông rạch để khơi thông dòng chảy 2116

KẾT LUẬN 2217

TÀI LIỆU THAM KHẢO 2318

LỜI MỞ ĐẦU

Nước - nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận Mặc dù lượng nước chiếm hơn 97% bề mặt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt và sản xuất rất ít, chỉ chiếm khoảng 3% Nhưng hiện nay nguồn nước này đang

bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính là do hoạt động sản xuất và ý thức của con người Lượng chất thải do các hoạt động của con người tạo ra ngày càng nhiều, đa dạng về chủng loại và tính chất, vượt quá mức chịu tải của môi trường Do đó, chất lượng môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang ngày giảm sút, số lượng dòng sông chết ngày càng tăng đe dọa đến cuộc sống của sinh vật cũng như cuộc sống của con người

Nếu như chúng ta không có các biện pháp kịp thời để duy trì và phục hồi khả năng tự làm sạch của môi trường nói chung cũng như khả năng tự làm sạch của nước nói riêng, thì con người sẽ phải gánh chịu hậu quả vô cùng nghiêm trọng do chúng ta gây ra

1 Khái niệm về khả năng tự làm sạch của nguồn nước

Khả năng tự làm sạch trong môi trường nói chung được khái niệm là khả

năng tự điều tiết trong hoạt động của môi trường thông qua một số cơ chế đặc biệt

để giảm thấp ô nhiễm từ ngoài vào, tự làm sạch để loại trừ chất độc thành không

độc

Còn trong môi trường nước, có nhiều khái niệm về khả năng tự làm sạch của

nguồn nước như:

a Khả năng tự làm sạch của dòng sông là khả năng loại bỏ, giảm thiểu các chất

ô nhiễm thông qua các quá trình biến đổi vật lý, hóa học, sinh học xảy ra

trong dòng chảy

b Khả năng khử được các chất ô nhiễm của nguồn nước được gọi là khả năng

"tự làm sạch" (self purification) của nguồn nước

Như vậy có thể hiểu khả năng tự làm sạch của dòng sông chính là khả năng

tự bản thân nó có thể giảm thiểu nồng độ của chất ô nhiễm thải vào nó hoặc loại bỏ

chất ô nhiễm đó để tái lập lại trạng thái cân bằng ban đầu

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

Khả năng tự làm sạch của nước mặt được thể hiện qua 2 quá trình:

 Quá trình xáo trộn (pha loãng) thuần tuý lý học giữa nước thải với nguồn

nước

 Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nguồn nước: là quá

chuyển hóa, phân hủy các chất bẩn nhờ các thủy sinh vật và sinh vật Ở mức độ nhất

định, dù ít hay nhiều thì tất cả những cơ thể sống đó đều tham gia vào quá trình

đồng thời chúng sinh trưởng, sinh sản (kể cả chết) và phát triển Sinh khối của

chúng tăng lên

Do hai quá trình trên nồng độ các chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước sau một

thời gian sẽ giảm xuống đến một mức nào đó Đối với nguồn nước có dòng chảy

(sông) nước thải được pha loãng với nguồn nước và theo dòng chảy đổ ra biển hay

một nơi nào đó Khi sự ô nhiễm diễn ra bởi quá nhiều chất hữu cơ thì sẽ thấy rõ và

phân biệt được các vùng ô nhiễm và vùng phục hồi Mỗi vùng được đặc trưng bởi

các điều kiện hoá lý, sinh mà có thể quan sát được Sự phân vùng chất lượng nước

trong một nguồn tiếp nhận thể hiện qua sơ đồ sau:

Formatted: Highlight

Hình 1: Sự phân vùng chất lượng nước trong một nguồn tiếp nhận

Theo chiều dài nguồn tiếp nhận (con sông) thì các vùng nước được phân chia

như sau: Vùng nước sạch; vùng ô nhiễm; vùng tự làm sạch; vùng sạch trở lại

a) Vùng nước sạch: Đối với khu vực thượng nguồn, nơi không có bất kỳ nguồn

thải nào đổ vào nguồn tiếp nhận thì chất lượng nước khu vực đó được xem là

vùng nước sạch Tại vùng này nồng độ BOD và DO cân bằng, thích hợp cho

sự phát triển của thuỷ sinh vật

b) Vùng ô nhiễm: Đây là vùng có nguồn thải trực tiếp đổ vào, chất lượng nước

khu vực này bị ô nhiễm, nồng độ BOD tăng cao, cùng với nó là nồng độ DO

trong nước giảm mạnh Các dạng sinh vật bậc cao, đặc biệt là cá sẽ bị chết

hoặc là chúng phải rời đi nơi khác Nấm có thể hình thành và xuất hiện thành

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

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

này nuốt cặn và thải cặn ra ở dạng ổn định và lại được các sinh vật khác sử

Formatted: Font: Italic Formatted: Centered

dụng Đồng thời tại vùng này xảy ra sự phân huỷ kỵ khí nên nước sẽ có màu

xám đen và mùi hôi thối của các hợp chất chứa lưu huỳnh

c) Vùng tự làm sạch (Vùng phục hồi): Nồng độ BOD tại vùng này có xu hướng

giảm do nhiều chất hữu cơ bị lắng xuống đáy và tồn tại dạng cặn Cặn bị

phân huỷ kỵ khí dưới đáy hoặc trong dòng nước chuyển động Vì nhu cầu

tiêu thụ ôxy của nước nhỏ hơn tốc độ làm thoáng bề mặt nên tình trạng được

cải thiện, nước được trong hơn Lượng CO2, NH4 giảm và ôxy hoà tan, NO2- ,

NO3- tăng lên Nấm xanh, tảo xuất hiện đã sử dụng các hợp chất chứa nitrơ

và CO2 rồi giải phóng ôxy giúp cho việc làm thoáng và hoà tan ôxy mạnh mẽ

hơn Tiếp theo, nhu cầu tiêu thụ ôxy giảm; các loài tảo cũng ít hơn; xuất hiện

các loài nguyên sinh động vật, nhuyễn thể, các thực vật nước; quần thể cá

cũng ổn định dần và tìm thức ăn trong vùng này

d) Vùng sạch trở lại: Tại đây dòng chảy đã trở lại trạng thái tự nhiên, hàm

lượng BOD giảm và DO tăng lên Nước trở lại trạng thái cân bằng ôxy -

lượng ôxy hoà tan lớn hơn lượng oxi tiêu thụ - trạng thái ban đầu của nước

đã được phục hồi hoàn toàn Xuất hiện các loài thuỷ sinh vật như ban đầu

4.1.2.1 Quá trình xáo trộn nước thải với nước nguồn

Khi xác định mức độ xáo trộn giữa nước thải với nước sông không lấy toàn

bộ lưu lượng nước sông để tính vì ở khía cạnh cống xả quá trình xáo trộn chưa thể

đạt hoàn toàn chỉ đạt mà chỉ đạt hoàn toàn ở một khoảng cách nào đó xa cống xả

mặt khác, tỉ lệ giữa lưu lượng nước thải và lưu lượng nước nguồn càng lớn thì

khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán (là nơi đã thực hiện quá trình xáo trộn

hoàn toàn) sẽ càng lớn

Sự tương quan giữa lưu lượng nguồn và lưu lượng nước thải là yếu tố quan

trọng trong quá trình làm sạch gọi là hệ số pha trộn n

Trong đó :

Q: Lưu lượng nước nguồn tham gia vào quá trình xáo trộn (m3/s)

q: Lưu lượng nước thải xả vào nguồn (m3/s)

Formatted: 2.1, Indent: Left: 0"

Formatted: Font: 13 pt

C: Hàm lượng bẩn của nước thải (mg/l)

Cng: Hàm lượng bẩn của nước nguồn (mg/l)

Cgh: Hàm lượng giới hạn của hỗn hợp nước thải với nguồn nước sau khi xáo

trộn kỹ (mg/l)

Thực tế thì không phải tất cá lưu lượng nước nguồn tham gia vào quá trình

xáo trộn mà chỉ một phần nào đó thôi Phần nước nguồn tham gia vào quá trình

được đặc trưng bởi hệ số xáo trộn Công thức trên được viết thành:

- γ: Hệ số phụ thuộc đặc tính thủy lực và hình dạng dòng chảy của nước nguồn,

được xác định theo công thức dưới đây:

Trong đó:

+ l : Khoảng cách từ cửa xả nước thải đến mặt cắt tính toán (m)

+α : Hệ số có tính đến ảnh hưởng thủy lực

Trong đó:

ϕ : Hệ số cong (ϕ = l/l1)

ξ : (ξ = 1: Cửa xả gần bờ , ξ = 1.5: Cửa xả xa bờ )

E : Hệ số khuyếch tán

Trong đó:

VTB: Vận tốc dòng chảy trung bình

HTB: Chiều sâu trung bình dòng chảy

Formatted: Font: 13 pt, Font color: Black

Formatted: Indent: First line: 0.5", Add space between

paragraphs of the same style

Formatted: Font: 13 pt, Font color: Black, Not Superscript/

Subscript

Formatted: Font: 13 pt, Font color: Black

Formatted: Indent: First line: 0.5", Add space between

paragraphs of the same style, Don't adjust space between Latin and Asian text, Don't adjust space between Asian text and numbers

Formatted: Centered, Indent: First line: 0.5", Add space

between paragraphs of the same style, Don't adjust space between Latin and Asian text, Don't adjust space between Asian text and numbers

Formatted: Font: Bold, Underline Formatted: Justified

Formatted: Centered

Formatted: Font: Bold, Underline Formatted: Indent: First line: 0.5"

Formatted: Indent: First line: 0.5", Add space between

paragraphs of the same style, Don't adjust space between Latin and Asian text, Don't adjust space between Asian text and numbers

Formatted: Centered, Indent: First line: 0", Add space

between paragraphs of the same style, Don't adjust space between Latin and Asian text, Don't adjust space between Asian text and numbers

Formatted: Justified, Indent: First line: 0.5"

m : Tỷ lệ giữa vận tốc dòng chảy nước nguồn và nước thải qua miệng xả

c: nồng độ nhiễm bẩn của nước hồ chứa

Lưu ý : Từ công thức trên ta thấy hệ số γ tiến tới đơn vị khi khoảng cách l

dài ra vô cùng Một khoảng cách như thế trong thực tế là không có Chính vì vậy

người ta chỉ xác định cho một khoảng cách nào đó để nước nguồn có thể tham gia

được 70 – 80% lưu lượng vào quá trình xáo trộn đối với những nguồn nước nhỏ và

0.25 – 0.3 đối với những nguồn nước trung bình và lớn Khoảng cách l này được

tính theo bảng sau:

Tỷ lệ giữa lưu lượng

nước nguồn và nước

thải Q:q

Khoảng cách (km) từ cửa xả tới mặt cắt xáo trộn hoàn toàn (điểm tính toán), khi lưu lượng nước nguồn, (m3/h)

<5 5 – 50 50 – 500 >500

4.3.2.2 Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong

nguồn nước

Chất hữu cơ trong nước thải là môi trường cho các loại vi khuẩn phát triển

Xử lý nước thải có nhiệm vụ là: tách các chất bẩn hữu cơ, các chất dinh dưỡng và

khử trùng nước thải

Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhờ oxy hóa sinh hóa xảy ra theo 2

giai đoạn:

Oxy hóa các hợp chất chứa C thành CO2 và nước

Oxy hóa các hợp chất chứa N thành nitrit và sau đó thành nitơrat

Quá trình khoáng hóa các hợp chất trong điều kiện hiếu khí thực tế là quá

trình tiêu thụ oxy hòa tan từ khí quyển vào nước thảitrong nguồn tiếp nhận được thể

hiện qua sơ đồ sau:

Formatted: Indent: First line: 0.44", Add space between

paragraphs of the same style, Don't adjust space between Latin and Asian text, Don't adjust space between Asian text and numbers

Formatted: Font: Bold, Underline

Formatted: 2.1, Indent: Left: 0.49", Hanging: 0.2", Add

space between paragraphs of the same style, Line spacing: single

Formatted: 2.1, Indent: Hanging: 0.2"

Hình 2: Quá trình khoáng hóa các hợp chất trong nguồn nước tiếp nhận

Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhờ oxy hóa sinh hóa xảy ra theo 2

giai đoạn:

- Oxy hóa các hợp chất chứa cacbon thành khí cacbonic (CO2) và nước

- Oxy hóa các hợp chất chứa nitơ thành nitrit và sau đó thành nitrat

a Quá trình Oxy hóa các hợp chất chứa cacbon thành khí cacbonic (CO2) và

nước

Chất hữu cơ + O2 CO2 +

H2O

b Quá trình Oxy hóa các hợp chất chứa nitơ thành nitrat

Quá trình amôn hóa các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, như urê CO(NH2)2,

nhóm amin do từ các nguồn thải đưa vào dòng chảy được thực hiện bởi các vi sinh

vật gây thối rửa như các loài Pseudomonas Flucrecens, P.aerugisa,

Protens-Vulgarie theo các phản ứng thủy phân sau

Vi sinh vật hiếu khí

Formatted: Indent: First line: 0"

Formatted: Font: Italic Formatted: Centered

Formatted: Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0.5" + Indent

at: 0.75"

Formatted: Numbered + Level: 1 + Numbering Style: a, b, c,

… + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

Formatted: No underline, Not Highlight

Formatted: Indent: Left: 0.75", No bullets or numbering,

Tab stops: 3.86", Left

Formatted: Underline, Highlight Formatted: Numbered + Level: 1 + Numbering Style: a, b, c,

… + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 0.5" + Indent at: 0.75"

Formatted: Subscript Formatted: Subscript Formatted: Centered, Indent: First line: 0"

Formatted: Font: 9 pt Formatted: Centered Formatted: Font: 9 pt

Sau đó trong nước xảy ra quá trình nitrat hóa, chuyển hóa amomonia thành

nitrat Đây là quá trình hai giai đoạn được thực hiện bởi các vi sinh vật tự dưỡng

như Nitrosomonas, nitrobacter ở đó chúng sử dụng các bon vô cơ (CO2) là nguồn

cacbon:

Hình 3: Chu trình Nito trong nước sông

Các phản ứng đặc trưng cho quá trình này được biểu thị bằng các phương

trình sau:

Quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat thường diễn ra rất nhanh hơn nhiều so

với quá trình nitrat hóa Phản ứng của quá trình có thể được viết lại là

Sự chuyển hóa NH4+ thành NO3- đi kèm với việc tiêu thụ một lượng lớn oxy

hòatan, vì vậy quá trình này có ảnh hưởng đến cân bằng oxy trong dòng chảy

Trong dòng chảy sông ngoài ra còn một quá trình quan trọng nữa là quá trình

tương tác trao đổi giữa nitơ trong dòng chảy và nitơ ở trong các lớp bùn đáy

Quá trình này được thể hiện ở hình 3

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

Formatted: Subscript

Formatted: Indent: First line: 0"

Formatted: Centered, Indent: First line: 0" Formatted: Font: Italic

Formatted: Font: Not Italic

Formatted: Centered, Indent: First line: 0"

Formatted: Centered, Indent: First line: 0" Formatted: Justified, Indent: First line: 0.5" Formatted: Subscript

Formatted: Subscript Formatted: Superscript

Formatted: Font: Bold, Italic, Underline

Quá trình nitrat hóa trong sông phụ thuộc vào các yếu tố môi trường Các

yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình này là nồng độ các chất nền NH4-N, NO2-N,

oxy hòa tan cũng như các điều kiện nhiệt độ, pH, các chất độc cũng như hình thái

của thủy vực nước, chuyển động rối và ánh sáng

Mối quan hệ của các yếu tố đến quá trình nitrat hoá được biểu thị bằng công

thức của Michaelis-Mentons

Trong đó :

µN : Hệ số tốc độ phát triển của vi sinh vật nitrat

µNmax : Hệ số tốc độ phát triển lớn nhất của vi sinh vật nitrat

NH4, NO2 : Nồng độ của NH4 và NO2

KNH4, kNO3 : Hằng số Michaelis của NH4 và NO2

f(T, O2, BOD): Hàm xét đến sự phụ thuộc của quá trình nitrat hóa vào nhiệt

độ, oxy hòa tan, nồng độ các chất hữu cơ theo BOD và vận tốc dòng chảy

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

4.1 Nồng độ oxi hòa tan trong nước:

Nồng độ oxi hòa tan trong nguồn nước ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tự

làm sạch của nguồn nước Nếu trong nước có nồng độ oxy hòa tan lớn (điều kiện

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

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

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

Carbon hữu cơ + O

2

Hydro hữu cơ + O

2 → H

2O Nitơ hữu cơ + O

3

-

Lưu huỳnh hữu cơ + O

4 2-

Phospho hữu cơ + O

4 3+

Formatted: Subscript Formatted: Subscript Formatted: Superscript

Formatted: Highlight

Formatted: Centered

Formatted: Justified Formatted: Font: (Default) Times New Roman

Formatted: Subscript Formatted: Subscript Formatted: Subscript Formatted: Subscript

Formatted: 3.1, Indent: Left: 0"