nghiên cứu khả năng tự làm sạch của hồ đô thị bằng hệ thực vật nước

luận văn về nghiên cứu khả năng tự làm sạch của hồ đô thị bằng hệ thực vật nước

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA

HỒ ĐÔ THỊ BẰNG HỆ THỰC VẬT NƯỚC

RESEARCHING SELF-PURIFICATION CAPACITY OF CITY LAKE BY PLANTS

SVTH: VÕ DIỆP NGỌC KHÔI - VĂN NGỌC PHÚ, lớp 03MT NGUYỄN DƯƠNG QUANG CHÁNH, lớp 05MT

Trường Đại học Bách Khoa

GVHD: TS TRẦN VĂN QUANG

Khoa Môi Trường, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

TÓM TẮT

Bài báo cáo trình bày kết quả xác định các hệ số tốc chuyển hóa chất bẩn của thực vật, áp dụng vào mô hình chất lượng nước để kiểm soát ô nhiễm nước hồ đô thị

SUMMARY

This report presents the result of detemining pollutant trasforming rate coefficient of plants, using into the water-quality modeling to control pollution of lake water

1 Mở đầu

Hồ có mặt tại hầu hết các đô thị và đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và điều hoà nước và khí hậu, tạo cảnh quan, và là nơi vui chơi giải trí của cộng đồng Hiện nay, dưới áp lực của quá trình đô thị hoá, hệ thống thu gom nước thải không hợp lý, ý thức của người dân còn kém khiến tải lượng chất bẩn xả xuống hồ tăng nhanh là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nước hồ đô thị Vì vậy, việc khôi phục, giữ gìn và phát huy vai trò hồ đô thị đang là vấn

đề thời sự với câu hỏi đặt ra là: Cơ sở nào và công cụ gì góp phần quản lý hồ có hiệu quả và

kinh tế?

Trong công tác quản lý tổng hợp nguồn nước, mô hình chất lượng nước (MHCLN) là một công cụ đắc lực, toàn diện và mang lại hiệu quả kinh tế cao MHCLN cung cấp các cơ sở khoa học giúp các nhà quản lý đề ra các giải pháp bảo vệ và khai thác hiệu quả nguồn nước Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về MHCLN, muốn áp dụng các mô hình này tại Việt Nam phải có những nghiên cứu thực nghiệm để hiệu chỉnh các thông số cho phù hợp MHCLN hồ thường được thiết lập và áp dụng cho đối tượng cụ thể, với mục đích mô phỏng các yếu tố đơn như dinh dưỡng, chất hữu cơ, sự phát triển của thực vật phù du và động vật phù du đặc biệt

là oxy hòa tan, một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của nước hồ

Hình 1: Cân bằng oxy hòa tan trong hồ

Oxy hòa tan

Nitrat hóa Khử nitrat hóa

Nhu cầu oxy

do hô hấp Nhu cầu oxy

của bùn đáy

Bổ sung do quá

trình quang hợp

Nhu cầu oxy

Phân hủy sinh hóa

Trao đổi oxy

tự nhiên

Biến thiên nồng độ oxy hịa tan trong hồ được biểu diễn theo phương trình:

N k L k A DO

DO k dt

dDO

n BH

Trong đĩ

số tốc độ sản xuất oxy do quang hợp của một đơn vị sinh khối tảo, mgO/mgA

2

Giải phương trình trên cĩ thể mơ phỏng, dự báo diễn thế chất lượng nước hồ Vấn đề đặt ra

là phải xác định được các hệ số của phương trình trong điều kiện thực tế để áp dụng cho từng đối tượng cụ thể Đặc biệt là các hệ số chuyển hĩa chất bẩn của các loại thực vật nước như bèo, tảo là thành phần luơn cĩ mặt trong hồ

Mục đích đề tài:

- Xác định hệ số tốc độ chuyển hĩa chất bẩn của hệ thực vật nước trong hồ đơ thị

- Áp dụng các hệ số này vào mơ hình tốn mơ phỏng chất lượng nước hồ

2 Nội dung

2.1 Làm mơ hình

- Dùng thùng xốp: kích thước 120cmx35cmx40cm

- Đưa thực vật vào mơ hình: cỏ vetiver, bèo đưa vào thùng xốp với diện tích 90% mặt thống; cấp sinh khối tảo

- Các mơ hình được bố trí tại phịng thí nghiệm

BẢN VẼ CHI TIẾT CÁC MÔ HÌNH

CHI TIẾT BÈ CỎ VETIVER

1 2 3 4

MẶT CẮT ĐỨNG

MẶT BẰNG

CHÚ THÍCH:

1 MÔ HÌNH CỎ VETIVER MÔ HÌNH BÈO TÂY 2 MÔ HÌNH TẢO

4 GIÁ ĐỠ BẰNG THÉP

5 BÈ XỐP

6 MÚT CỐ ĐỊNH CỎ VÀO BÈ

2.2 Vận hành mô hình

- Cấp nước hồ đô thị có nồng độ xác định, mẫu nước được pha từ nước hồ cá và nước phân bùn bể phốt

- Theo dõi sự biến thiên nồng độ chất bẩn của từng mô hình theo thời gian (ngày)

2.3 Xác định hệ số tốc độ chuyển hóa theo thời gian (ngày)

Giả thiết rằng, quá trình chuyển hóa (phân hủy) các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng khi được khuấy trộn trong điều kiện lý tưởng được diễn ra theo phản ứng bậc nhất:

C k dt

dC

d



 Trong đó

C – Nồng độ các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng, mg/l

k – Hệ số tốc độ phân hủy hoặc hệ số chuyển hóa, ngày-1

Xác định thực nghiệm:

t k e C

C  0.  . 

t C

C

ln

 Tương ứng với mỗi thời điểm đo nồng độ C, xác định được k chính là hệ số góc của đường tiếp tuyến đường cong lập bởi các giá trị thực nghiệm

- Thực nghiệm 1: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của cỏ vetiver

- Thực nghiệm 2: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của bèo tây

- Thực nghiệm 3: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của tảo

2.4 Phương pháp: mô hình thực nghiệm

3 Kết quả và thảo luận

Sau thời gian tiến hành các thực nghiệm, kết quả thu được thể hiện trong các đồ thị:

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ COD

0

20

40

60

80

100

120

t (ngày)

C (mg/l)

Cỏ Bèo Tảo

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ AMÔN

0 20 40 60 80 100 120 140

t (ngày)

C (mg/l)

Cỏ Bèo Tảo

Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi Amôn

BIỂU ĐỒ BIỄU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ NITRAT

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

t (ngày)

C (mg/l)

Cỏ Bèo Tảo

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ PHÔT PHAT

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10 12

t (ngày)

C (mg/l)

Cỏ Bèo Tảo

Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên Nitrat Hình 11: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên phôtphat

* Thảo luận

Dựa vào hình 8 nhận xét:

- Tốc khử COD của bèo tây và cỏ vetiver tương đương

- Tốc độ khử COD của tảo phụ thuộc vào mật độ sinh khối tảo

Dựa vào hình 9 nhận xét:

- Tốc độ chuyển hóa amôn của cỏ vetiver mạnh hơn bèo tây, tuy nhiên cũng không đáng

kể

- Tảo có khả năng chuyển hóa amôn mạnh, tuy nhiên nồng độ amôn thường dao dộng do tảo chết tạo nitơ hữu cơ sau đó thủy phân tạo ra amôn

Dựa vào hình 10 nhận xét:

- Nồng độ nitrat của các mô hình ban đầu cao, sau một thời gian sẽ giảm dần do thực vật hấp thu và do hàm lượng amôn cũng giảm dần theo thời gian

- Nồng độ nitrat của mô hình tảo vào giai đoạn cuối thường tăng tảo chết không hấp thu nitrat

Dựa vào hình 11 nhận xét:

- Các mô hình đều hấp thu phốt phát mạnh để tăng sinh khối, mô hình cỏ hấp thu phốt phát mạnh hơn bèo tây

- Nồng độ phốt phát của mô hình tảo giảm nhẹ trong những ngày cuối do một phần tảo chết không hấp thu phốt phát

Tổng hợp kết quả

(g/m2.ngày)

Tải NH4+

(g/m2.ngày)

Tải NO3

-(g/m2.ngày)

Tải PO4

3-(g/m2.ngày)

Bảng 1: Tổng hợp tải lượng chuyển hóa của các mô hình

Mô hình kCOD (ngày-1) kNH4 (ngày-1) kNO3 (ngày-1) kPO4 (ngày-1)

Bảng 2: Tổng hợp hệ số chuyển hóa của các mô hình

* Thảo luận

- Mỗi mô hình có tốc độ chuyển hóa khác nhau

- Tùy thuộc vào mật độ và đặc tính sinh trưởng của mỗi loại thực vật mà các hệ số này có thể thay đổi

4 Kết luận và kiến nghị

4.1 Kết luận

- Thực vật nước có khả năng thích nghi trong điều kiện nước hồ bị ô nhiễm và góp phần tạo cảnh quan

- Thông qua các hệ số có thể đánh giá được khả năng chuyển hóa của từng loại thực vật nước

- Dùng thực vật nước để kiểm soát nước hồ đô thị theo công nghệ sinh thái là hợp lý, có kết

quả cao và có thể áp dụng các hệ số chuyển hóa vào mô hình CLN hồ

4.2 Kiến nghị

- Lựa chọn thực vật nước thích hợp để kiểm soát chất lượng nước hồ (loại thực vật, mật độ, mức độ kiểm soát sinh khối…)

- Áp dụng các hệ số này vào mô hình toán để mô phỏng chất lượng nước hồ

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Trần Văn Quang, Bài giảng môn học Bảo vệ nguồn nước, Khoa Môi trường, Trường Đại

học Bách Khoa, Đà Nẵng

[2] Trần Văn Quang, Bài giảng Mô hình chất lượng nước, Khoa Môi trường, Trường Đại

học Bách Khoa, Đà Nẵng

Tiếng Anh

[3] Linfield C Brown* and Thomas O Barnwell, Jr.** (1987), The ennhanced stream water

quality models Qual2E an Qual2E-Uncas: Documentation and User manual Department of

Civil Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155

[4] McGraw-Hill (1997), Surface Water-Quality Modeling, A Division of The McGraw-Hill

Companies