Áp dụng hệ số ô nhiễm (bod, cod và ss) và mô hình streepter – phelps để tính toán thải lượng ô nhiễm của một số nguồn thải chính và khả năng tự làm sạch của nước sông cầu (đoạn chảy qua TP thái nguyên)

Áp dụng hệ số ô nhiễm (bod, cod ss) mô hình streepter – phelps để tính toán thải lượng ô nhiễm số nguồn thải khả tự làm nước sông Cầu (đoạn chảy qua TP.Thái Nguyên) Cái Anh Tú - Khoa Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên Sử dụng hệ sô ó nhiễm nước thải sinh hoạt theo WHO để đánh giá nhanh mức thải lượng ó nhiễm nước thải sinh hoạt công nghiệp số nguồn thải TP Thái Nguyên Mô hình Streepter - Phelps sử dụng để dự báo khả tự làm nước sông Cầu (đoạn chảy qua TP Thái Nguyên) Kết nghiên cứu đưa mức độ thải lượng xu hưởng biến đổi đến năm 2020 số nguồn thải Bên cạnh đó, Việc sử dụng mô hình Streepter - Phelps cho thấy, để giữ nước sông cầu đoạn chảy qua TP Thái Nguyên mức DO>5mg/l cấn phải xử lý BOD 82,1% Điều đồng nghĩa với khả nàng tự làm nước sông cầu 17,9 % I MỞ ĐẨU Chát lượng nước sông nói chung, sông Cẩu nói riêng bị ô nhiễm, nhiều đoạn sông không đạt QCVN 08/2008/BTNMT quy định sử dụng vào mục đích cụ thể đáp ứng với nhu cẩu địa phương Đánh giá khả tự làm lưu vực có vai trò quan trọng việc quản lý BVMT dòng sông Với mục đích góp phần bảo vệ chất lương nước sông, phương pháp đánh giá nhanh thông qua hệ số ô nhiễm qua xử lý trung WHO đế xuất mô hình Streepter - Phelps sử dụng để tính toán khả tự làm nước sông Cẩu (đoạn chảy qua TP Thái Nguyên) áp dụng II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đánh giá nhanh thông qua hệ số ô nhiễm nước thải sinh hoạt theo WHO áp dụng là:Với mức thải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt chưa quan xử lý trung bình là: BOD5 = 50 g/người/ngày; COD = 22 g/người/ngày; ss = 38 g/người/ngày Tổng thải lượng ô nhiễm tính tích sỗ đơn vị thải lượng ô nhiễm sỗ dân Mô hình Streepter - Phelps để dự báo yêu cầu vế hiệu xử lý nước thải hay khả tự làm nước sông, mô hình Streepter - Phelps sử dụng Trong đó: Dt: Độ suy giảm (hay độ thiếu hụt) DO thời điểm t (mg/1) K1: Tốc độ tiêu thụ DO (ngày-1) K2: Tốc độ bổ sung DO (ngày-1) t: Thời gian từ lúc bắt đầu nhận thải (điểm khảo sát thứ Ì đến điểm khảo sát thứ 2) t: Thời gian di chuyển (từ điểm khảo sát thử Ì đến điểm khảo sát thứ dòng sông (ngày)) DA: Độ thiếu hụt DO điểm khảo sát thứ i (mg/1) DB: Độ thiếu hụt DO điểm khảo sát thứ (mg/1) D: Trung bình cộng độ thiếu hụt DO đoạn sông khảo sát (mg/1): D = (DA + DB)/2 (4) Trong đó: D: Độ lệch độ thiếu hụt DO điểm khảo sát thứ điếm khảo sát sau (mg/1) LA: BOD tói đa điểm khảo sát thứ LE: BOD toi đa điểm khảo sát sau L: Trung bình cộng BOD tối đa đoạn sông khảo sát: L = (LA + LB)/2 BOD5 (Ib/ngày) = BOD (mg/1) X 8,34 X lưu lượng (mg/ ngày) DO (Ib/ngay) = DO (mg/1) X 8,34 X lưu lượng (mg/ ngày) (mg/1 = ppm; 8,34: Hệ số biến đổi Ib/ngày thành mg/1) BOD tối đa = 1,46 X BOD5 (theo nghiên cứu thực nghiệm) Đỗi tượng áp dụng hệ số ô nhiễm nước thải mô hình tính toán nguồn rthari (nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp) đoạn sông Cầu chảy qua TP Thái Nguyên IU KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hiện trạng thải lượng ô nhiễm nước thải số nguồn thải TP Thái Nguyên LI Thải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt TP Thái Nguyên Tính toán lượng nước thải Theo quy định, lượng nước thải từ sinh hoạt (kể vệ sinh) tính 70% lượng nước cấp cho sinh hoạt Lượng nước cấp trung bình cho sinh hoạt 100 lít/người/ngày, 80% số dân sử dụng nước cấp Như vậy, chấp nhận lượng nước cấp với dân sỗ khoảng 330.700 người, tổng lượng nước thải từ sinh hoạt TP Thái Nguyên: 70/100 X 100 (lít/người/ngày) X 330.700 người X 80/100 = 18.519.200 m3/ngày Tính toán thải lượng ô nhiễm Theo tổng kết nghiên cứu Ngân hàng giới (WBr2013) TP Việt Nam, có TP Thái Nguyên, trung bình có 90% người dân sử dụng bể tự hoại để xử lý chất thải sinh hoạt Theo kinh nghiệm, thông thường hiệu xử lý bể tự hoại trung bình đạt khoảng 65% so với mức độ ô nhiễm ban đáu Như vậy, mức độ ô nhiễm sinh hoạt TP.Thái Nguyên là: * Thải lượng ô nhiễm BOD5 Hàm lượng BOD5 = (50g/ người/ngày X 330.700người) X 10% (50 g/người/ngày X 330.700người) X 90% X 35% = 6.852.025 g/ngày = 6.852,025 kg/ngày = 2.500.989,1 kg/năm = 2.501 tấn/năm * Thải lượng ô nhiễm COD Hàm lượng COD = (22g/ người/ngày X 330.700 người) X 10% (22g/người/ngày X 330.700 người) X 90% X 35% = 3.019.291 g/ngày = 3.019,291 kg/ngày = 1.102.041,215 kg/ năm = 1.102,041 tấn/nám Thải lượng ô nhiễm ss Hàm lượng ss = 38 g/ người/ngày X 330.700 người) X 10% (38 g/người/ngày X 330.700người) X 90% X 38% = 5.215.139 g/ngày = 5.215,139 kg/ngày = 1.903.525,735 kg/ năm = 1.903,525 tấn/nám 1.2 Hiện trạng thải lượng ô nhiễm nước thải công nghiệp số nguồn thải TP Thái Nguyên Tính toán lượng nước thải Lượng nước thải công nghiệp thực nhà máy lớn có hệ thống cung cấp nước Đó Nhà máy: Gang thép Thái Nguyên, điện Cao Ngạn, giấy Hoàng Văn Thụ Lượng nước thải công nghiệp ước tính 80% lượng nước cấp Dựa kết cung cấp lượng nước cấp Nhà máy trên, cụ thể là: * Nhà máy gang thép Thái Nguyên: (80 X 220.000)/100 = 176.000 mVngày * Nhà máy điện Cao Ngạn: (80 X 225.600)/100 = 180.480 m3/ngày • Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ: (80 X 13.800)/100 = 11.040 mVngày Tổng lượng nước thải nhà máy là: 367.520 m3/ ngày, cao Nhà máy điện Cao Ngạn (chiếm 49,1 % tổng lượng nước thải Nhà máy), Nhà máy Gang thép Thái Nguyên (chiếm 47,8% tổng lượng nước thải Nhà máy), tháp Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ (chiếm % tổng lượng nước thải Nhà máy) Tính toán thải lượng nhiễm * Thải lượng ô nhiễm khu gang thép Thái Nguyên: Dựa theo kết quan trắc, 2013 cho thấy, giá trị thông số ô nhiễm trung bình thải môi trường bên Nhà máy gang thép Thái Nguyên với BOD5 la 18,6 mg/1, COD 72,7 mg/1 ss 25,5 mg/1 Từ đó, đưa thải lượng ô nhiễm nhà máy sau: Hàm lượng BOD5 18,6 mg/1 X 176.000.000 lít/ ngày = 3.273,6 kg/ngày= 3,273 tấn/ngày 1194,86 tấn/nám Ham lượng COD 72,7 mg/1 X 176.000.000 lít/ngày = 12.795,2 kg/ngày= 12,795 tấn/ ngày = 4670,24 tấn/năm • Hàm lượng ss 25,5 mg/1 X 176.000.000 lít/ngày = 4.488.000.000 mg/ngày = 4.488 kg/ngày = 4,488 tấn/ ngày= 1.638,12 tấn/năm * Thải lượng ô nhiễm Nhà máy điện Cao Ngạn Dựa theo kết quan trắc, 2013 giá trị thông số ô nhiễm trung trung bình thải môi trường bên Nhà máy điện Cao Ngạn với BOD5 7,6 mg/1, COD 9,8 mg/1 ss 84 mg/1 Từ đó, đưa thải lượng ô nhiễm nhà máy sau: Hàm lượng BOD5 7,6 mg/1 X 180.480.000 lít/ngày = 1.371,6 kg/ngày = 1,371 tấn/ngày = 500,05 tán/năm 7,6 mg/1 X 180.480.000 1/ngày = 1.371.648.000 mg/ngày = 1.371,6 kg/ngay = 1,371 tấn/ngày = 500,05 tấn/năm Hàm lượng COD 9,8 mg/1 X 180.480.000 lít/ngày = 1768,7 kg/ngày = 645,57 tán/năm Hàm lượng ss la 84 mg/1 X 180.480.000 lít/ngày = 15.160 kg/ngày = 15,16 tấn/ngày = 5.533,4 tấn/năm * Thải lượng ô nhiễm sau Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ Dựa theo kết quan trắc 2013 giá trị thông số ô nhiễm trung trung bình thải môi trường bên Nhà máy giấy Hoàng Ván Thụ với BOD3 74 mg/1, COD 128 mg/1 ss 175 mg/1 Từ đưa thải lượng ô nhiễm Nhà máy sau: Hàm lượng BOD5 74 mg/1 X 11.040.000 lít/ngày = 816,96 kg/ngày = 0,816 tấn/ngày = 298,19 tấn/năm Hàm lượng COD 128 mg/1 X11.040.000 lít/ngày = 1.413,12 kg/ngày = 1,413 tấn/ngày = 515,79 tán/nám • Hàm lượng ss 175 mg/1 X 11.040.000 lít/ngày = 1.932 kg/ngày = 1,932 tấn/ngày = 705,18 tấn/năm 1.3 Hiện trạng thải lượng nhiễm số nguồn thải nước thải sinh hoạt công nghiệp Hiện trạng thải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt công nghiệp TP Thái Nguyên thể (Bảng 1) cho thấy: Hàm lượng BOD5 = 12314,185 kg/ngày = 4494,1 tán/năm Hàm lượng COD = 18.996,311 kg/ngày = 6.933,641 tấn/năm Hàm lượng ss = 26.795,139 kg/ngày = 9.780,225 tấn/năm Xu hướng biến đổi thải lượng ô nhiễm số nguồn thải đến năm 2020 TP Thái Nguyên 2.1 Thải lượng ò nhiễm nước thải sinh hoạt Theo quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội TP.Thái Nguyên, dân số năm 2020 dự kiến 600.000 người Đến năm 2020, dự kiến số hầm tự hoại áp dụng TP Thái Nguyên khoảng 95% tống sỗ hộ Dựa yếu tố nêu trên, xu hướng biến đổi chất lượng nước sông Cầu (đoạn chảy qua TP.Thái Nguyên) đến năm 2020 là: * Thải lượng ô nhiễm BOD5 Hàm lượng BOD5 = (50 g/người/ngày X 600.000 người) X 5% (50g/người/ngày X 330.700người) X 95% X 35% = 11.475.000 g/ngày = 11.475 kg/ngày = 4.188.375 kg/năm = 4.188,375 tấn/năm Thải lượng ô nhiễm COD Hàm lượng COD = (22 g/ người/ngày X 600.000 người) X 5% (22g/người/ngày X 330.700người) X 95% X 35% = 5.049.000 g/ngày = 5.049 kg/ ngày = 1.842.885 kg/năm = 1.842,885 tấn/năm Thải lượng ô nhiễm ss Hàm lượng ss = 38 g/ người/ngày X 600.000 người) X 5% (38g/người/ngày X 330.700người) X 95% X 38% = 8.721.000 g/ngày = 8.721 kg/ ngày = 3.183165 kg/năm = 3183,165 tán/năm 2.2 Thải lượng ó nhiễm nước thải số nguồn thải công nghiệp Trong tương lai, TP Thái Nguyên tập trung đầu tư sở hạ tầng cụm công nghiệp, công nghệ cao (KCN Quyết Thắng), đầu tư mở rộng giai đoạn li Công ty Gang thép Thái Nguyên, dự án công nghiệp chế tạo máy, điện tử, gia công kim loại khí lắp ráp, dự án sản xuất hàng tiêu dùng, dự án trung tâm thương mại, siêu thị Vê BVMT, Thai Nguyên củng đưa định hướng đến năm 2020 có 85 - 90% khu công nghiệp, cụm công nghiệp tập trung có hệ thống xử lý nước thải riêng (đạt 100% vào năm 2025) Thái nguyên phấn đấu 100% nguồn nước địa bàn tỉnh không bị ô nhiễm TP tập trung đẩu tư số dự án trọng điểm nâng cao hạ tâng sở, có hệ thống thoát nước Nhìn chung, mức độ ô nhiễm công nghiệp đến 2020 tốc độ tăng song áp dụng biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nên đánh giá giữ mức (Bảng 1) Đánh giá khả tự làm nước sông thông qua mô hình Streepter - Phelps Tự làm hiểu tập hợp trình vật lý, hóa học, vi sinh học thủy sinh học gây nên phân hủy, sử dụng chất ô nhiễm dẫn đến phục hồi chất lượng nước Quá trình quan trọng trinh tự làm phân hủy hiếu khí chất hữu vi sinh vật Những vi khuẩn sử dụng chất hữu làm thức ăn, phân tích hợp chất phức tạp tạo thành sản phẩm cuối đơn giản độc hại Lượng chất hữu dòng chảy bị hóa vi khuẩn giới hạn lượng ôxy hòa tan sẵn có nguồn nước Do đó, trình phụ thuộc vào tốc độ tiêu thụ ôxy trình oxy hóa sinh hóa tốc độ hòa tan ôxy khí quyến vào nguồn nước phụ thuộc vào trình khác quang hợp việc ôxy hóa chất lắng đọng đáy thủy vực Các ưu điểm hạn chế mô hình Streeter - Phelps ưu điểm: Mô hình Streeter -Phelpsdùng để miêu tả trình tiêu thụ oxy phản ứng sinh hoá chất ô nhiễm hữu trình gia tăng ôxy phản ứng tái tạo khí, tính toán tải lượng BOD tối đa cho phép đổ vào sông nhằm đánh giá khả tự làm đoạn sông Mô hình phần thể khả tiếp nhận chất ô nhiễm hữu khả tự làm nước sông Hạn chế: Mô hình Streeter -Phelps kể đến yếu tố tiêu thụ oxy trình hô hấp vi sinh hiếu tầng nước hòa tan ôxy qua bể mặt thoáng khí nước có thiếu hụt oxy hòa tan Mô hình Streeter - Phelps chưa xem xét đến yếu tố nhu cẩu ôxy trình nitrat hóa nhu cẩu ôxy trầm tích trình tự làm sông Đây yêu tố có ảnh hưởng đến trình ôxy hóa hợp chất ô nhiễm hữu nước Bên cạnh đó, mô Streeter - Phelps chưa xem xét đến yếu tố trình quang hợp hô hấp thủy sinh vật có nước sồng trình ảnh hưởng đến đường cong ôxy hòa tan khả tự làm đoạn sông Để tính toán yêu cầu hiệu xử lý nước thải (hiệu loại BOD5 phải đạt để giữ cho mức DO nước sông Cầu > mg/1) công thức tính Streeter -Phelps sử dụng để tính toán Các giá trị BOD5 DO tính đoạn sông Cẩu, thượng lưu gần cửa xả khu gang thép hạ lưu sông gần khu vực Cam Giá Kết tính toán sau: Tốc độ tiêu thụ K1 = 0,2999 ngày'1; Tốc độ bổ sung K2 = 2,55 ngày-1 Ở nhiệt độ 30oc, ôxy hòa tan bão hòa 7,57 Để DO > mg/1 độ thiếu hụt DO điểm khảo sát thứ 2, DB theo tính toán là: DB < 7,57-5 = 2,57 mg/1 = 2,57 X 8,34 X 79,4 = 1.701,8 Ib/ngày BOD5 (Ib/ngày) = BOD (mg/1) X 8,34 X lưu lượng (mg/ ngày) DO (Ib/ngày) = DO (mg/1) X 8,34 X lưu lượng (mg/ ngày) (mg/1 = ppm; 8,34: Hệ số biến đổi Ib/ngày thành kg/ngày) DB = 0,2999 X (L^/2,55-0,2999) X (10-0.2999 x 1)16-10-255x1.16) + L549)5 Y 10-2,55x1,16 DB = 0,13328 X LA X (0,77503 - 0,001) + 1,549 = 0.103 LA* + 1,549 (6) Từ (5) (6) suy ra: DB = 0,103 LA + 1,549 < 1.701,8 Ib/ngày LA < (204,06 - 1,549)10,103 = 16.507,29 (Ib/ngày) LA < (1.701,8 - 1,549)/0,103 = 16.507,29 (Ib/ngày) Gọi X phần trăm BOD cần xử lý, ta có: LA, = (16.223,8 X 1,46) - (9,04 X 8,34 X 1,46 X 79,4) X X % < 16.507,29 23.686,75 - 8.739,93 X X % 0,8215 X>82)1 % LA: BOD tối đa điểm khảo sát thứ Như vậy, xu hướng biến đổi thải lượng ô nhiễm số nguồn thải Gọi X phần trăm BOD cần xử lý, ta có: LA, = (16.223,8 X 1,46) - (9,04 X 8,34 X 1,46 X 79,4) X X % < 16.507,29 23.686,75 - 8.739,93 X X % 0,8215 X>82)1 % LA: BOD tối đa điểm khảo sát thứ Như vậy, xu hướng biến đổi thải lượng ô nhiễm số nguồn thải (sinh hoạt công nghiệp) đến nám 2020 TP Thái Nguyên BOD5 = 16.937,16 kg/ngày, COD = 21026,02 kg/ngày' ss = 30.301 kg/ngày (Bảng 2) So với năm 2013, thải lượng chất ô nhiễm thải tương lai 2020 lớn hơn, cụ thể: Hàm lượng BOD5 gấp 1,375 lẩn, COD gấp 1,107 lẩn, ss gap 1,13 lẩn (Hình 1) LB: BOD tối đa điểm khảo sát sau (Lg = 9,04 X 8,34 X 1,46 X 79,4=8.739,93 ìb/ ngày) LA.: Là hiệu số giá trị BOD điểm khảo sát thứ điểm khảo sát sau (Giá trị tính toán theo Ib/ngày ià theo quy định tính toán công thức) Từ kết tính toán nhận thấy, tỷ lệ BOD cần xử lý 82,1 %, từ suy khả tự làm dòng nước đoạn sông Cẩu chảy qua TP Thái Nguyên (từ thượng lưu gần cửa xả khu gang thép đến hạ lưu sông gần khu vực Cam Giá) thấp, có tỷ lệ 17,9 % (100% -82,1%= 17,9%) Kết nghiên cứu góp phần cải thiện chất lượng nước sông Cầu định hướng phát triển kinh tế, BVMT cho TP Thái Nguyên lưu vực sông Cẩu IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thải lượng ô nhiễm số nguồn thải (sinh hoạt công nghiệp) nám 2013 TP Thái Nguyên BOD5 = 12.314,185 kg/ngày, COD = 18.996,311kg/ngày, ss = 26.795,139 kg/ngày Xu hướng biến đổi thải lượng ô nhiễm sỗ nguồn thải (sinh hoạt công nghiệp) đến năm 2020 TP.Thai Nguyên BOD5 = 16.937,16 kg/ngày, COD = 21026,02 kg/ngày, ss = 30.301 kg/ngày Để giữ nước sông Cẩu đoạn chảy qua TP Thái Nguyên múc DO > 5mg/l cẩn phải xử lý BOD 82,1% Điều đong nghĩa với khả tự làm nước sông Cẩu 17,9 % Do mô hình Streeter - Phelps thực theo điều kiện quy định (Tốc độ phân hủy chất hữu tuân theo quy luật phản ứng bậc nhất, thiếu hụt oxy hòa tan (D) dòng chảy phân hủy chất hữu cơ, chế độ lan truyền chất dòng chảy ổn định) nên cần thực phối hợp với số mô hình khác (như Qual-2E ) để đưa kết xác thực với điều kiện thực tế lưu vực sông TÀI LIỆU THAM KHẢO • Vũ Thị Hồng Nghĩa, 2011 Nghiên cứu quản lý chất lượng nước sông câu địa bàn tính Thái Nguyên, Luận văn Thạc sỹ, ĐHKHTN • • • • • • • Hoàng Thị thu Trang, Trấn Hống Thái, Phạm Văn Hải, Lê Việt phong, 2009 Đánh giá phát triền KT-XH tới chất lượng nước sông Cấu công cụ toán học, Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học lẩn thứ 10 - Viện KHKTTVMT Trung tăm Quan trắc Công nghệ môi trường Thái Nguyên, 2014 Tim giải pháp quản lý tài nguyên nước sông cẩu Trung tâm quan trắc Môi trường, 2013, Kết quan trắc chất lượng nước sông cấu Quyết định sổ: 278/2005/QĐ-TTG phê duyệt điếu chỉnh Quy hoạch chung xây dựng TP.Thái Nguyên, tình Thái Nguyên đến năm 2020 Ngăn hàng giới (WB), 2013 Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị Việt Nam, 2013 UBND TE Thái Nguyên, 2011 Phát triển KT- XH TP.Thái Nguyên đến 2020 WHO, 1993 Rapid Assessment of Source Vol 1, Geneva H.w streeter, Earle B Phelps, 2025 usng the model streeter - Phelps in study water quality of Ohio River u.s Public Heaìth Service, 1925 Nguồn VEA