Nghiên cứu hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lượng nước hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu

Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật môi trường 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Hà TS Phạm Thị Thúy XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Nguyễn Thị Hà PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành theo chƣơng trình đào tạo Cao học hệ quy tập trung khóa 21 (2013 - 2015) trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Hà TS Phạm Thị Thúy, hai cô hƣớng dẫn khoa học, nhiệt tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu dành tình cảm tốt đẹp cho tác giả trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Môi trƣờng, Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng, thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp gia đình quan tâm giúp đỡ tác giả trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Marsima Aqua System, Công ty Nikken, Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện, cung cấp liệu phối hợp triển khai công tác Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, công nhân viên Viện Sinh thái Bảo vệ công trình - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam tạo điều kiện, giúp đỡ mặt để tác giả hoàn thành luận văn Do điều kiện nghiên cứu nhiều hạn chế nên luận văn tránh khỏi khiếm khuyết định, kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy cô giáo, nhà khoa học, đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề nghiên cứu Học viên Lại Ngọc Ca Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hồ chứa mục đích sử dụng 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.2 Hiện tƣợng suy giảm ôxy đập Việt Nam 1.3 Chất lƣợng nƣớc hồ chứa,các trình xảy hồ 11 1.3.1 Các vấn đề liên quan đến chất lƣợng nƣớc hồ chứa 11 1.3.2 Ô nhiễm thiếu khí hồ chứa 14 1.4 Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ giới Việt Nam 16 1.4.1 Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ giới 16 1.4.2 Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ Việt Nam 18 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 21 2.2 Địa điểm nghiên cứu 21 2.2.1 Vị trí địa lý 21 2.2.2 Đặc điểm địa hình 22 2.2.3 Đặc điểm khí tƣợng - thuỷ văn 23 2.2.4 Dòng chảy 25 2.2.5 Hiện trạng quản lý, sử dụng nƣớc hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình 25 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.3.1 Tổng quan tài liệu 27 2.3.2 Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu 27 Footer Page of 126 Header Page of 126 2.3.3 Thực nghiệm cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ phƣơng pháp cấp khí tầng sâu 29 2.3.4 Phƣơng pháp xử lý, bảo quản mẫu, phân tích 34 2.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu 34 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Hiện trạng chất lƣợng nƣớc hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình 35 3.1.1 Biến thiên giá trị nhiệt độ, DO ORP 35 3.1.2 Biến thiên giá trị Fe Mn 41 3.2 Hiệu cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ công nghệ cấp khí tầng sâu hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình 46 3.2.1 Biến thiên nhiệt độ, DO ORP 46 3.2.2 Biến thiên Fe Mn 49 3.3 Nguy ô nhiễm nƣớc hồ tƣơng lai 56 3.4 Đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lƣợng nƣớc hồ 57 3.4.1 Giải pháp quản lý 57 3.4.2 Giải pháp sử dụng nguồn nƣớc 57 3.4.3 Giải pháp kỹ thuật 58 KẾT LUẬN 59 KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 64 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổng số hồ chứa phân theo dung tích chứa Bảng 1.2 Chỉ tiêu phân định trạng thái phân tầng dựa tỷ lệ thay nƣớc α hồ đập Bảng 1.3 Thống kê thông tin đập Việt Nam dự đoán số lƣợng đập có vấn đề Bảng 2.1 Một số đặc trƣng khí tƣợng vùng dự án 24 Bảng 2.2 Vận tốc gió theo hƣớng 24 Bảng 2.3 Thông tin cụ thể vị trí lấy mẫu 29 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hồ Tchad vùng phía Tây châu Phi Hình 1.2 Hồ Volta Ghana Hình 1.3 Hồ Kariba Zimbabwe Hình 1.4 Hồ Rudolf phía Đông châu Phi Hình 1.5 Số lƣợng đập lớn phân theo năm xây dựng Hình 1.6 Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc hồ Trị An, tỉnh Đồng Nai 12 Hình 1.7 Nƣớc thải rửa quặng đƣợc xả thẳng suối dẫn vào Hồ Ba Bể 13 Hình 1.8 Bè thực vật hồ Fish Fry (Mỹ) 18 Hình 2.1 Hồ Trọng nhìn từ đập 21 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng thể luận văn 26 Hình 2.3 Sơ đồ vị trí lấy mẫu 28 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động thiết bị cấp khí tầng sâu 31 Hình 2.5 Chi tiết hình ảnh cấu tạo thiết bị 33 Hình 2.6 Các chai mẫu đƣợc bảo quản thùng chuyên dụng 34 Hình 3.1 Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 36 Hình 3.2.Sự phân tầng xáo trộn khối nƣớc theo mùa (A) với đỉnh cao phát triển tảo (B) liên quan đến biến đổi nhân tố môi trƣờng 37 Hình 3.3 Sự phân tầng nhiệt khối nƣớc hồ vùng ôn đới mùa hè 37 Hình 3.4 Biến thiên giá trị DO thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 39 Hình 3.5 Biến thiên giá trị ORP thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 40 Hình 3.6 Biến thiên giá trị Fe thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 41 Hình 3.7 Biến thiên giá trị Fe vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 43 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 3.8 Biến thiên giá trị Mn thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 44 Hình 3.9 Biến thiên giá trị Mn vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 45 Hình 3.10 Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 47 Hình 3.11 Biến thiên giá trị DO thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 48 Hình 3.12 Biến thiên giá trị ORP thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 49 Hình 3.13 Biến thiên giá trị Fe thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 50 Hình 3.14 Biến thiên giá trị Fe vị trí lấy mẫu thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 52 Hình 3.15 Biến thiên giá trị Mn thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 53 Hình 3.16 Biến thiên giá trị Mn vị trí lấy mẫu thời điểm sau lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu 55 Hình 3.17 Hoạt động nuôi cá lồng bè hồ Trọng 56 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand) BYT: Bộ Y tế COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen demand) DO: Nồng độ oxy hoà tan (Disssolved Oxygen) GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) JICA: Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) ORP: Thế oxy hóa khử (Oxidation Reduction Potential) PE: Nhựa nhiệt dẻo (Polyethylene) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam Tb: Tế bào T-N: Tổng nitơ (Total nitrogen) TNHH: Trách nhiệm hữu hạn T-P: Tổng phôtpho (Total phosphorus) Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 ĐẶT VẤN ĐỀ Hồ chứa thủy lợi có nhiệm vụ cấp nƣớc phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cắt lũ hạ du, cải tạo môi trƣờng nhiệm vụ kết hợp khác Theo số liệu thống kê Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, nƣớc có 6.663 hồ chứa với tổng dung tích khoảng 11 tỷ m3 [8] Phần lớn hồ chứa thủy lợi thƣờng có độ sâu 10 m vào mùa khô Ở tầng nƣớc có độ sâu lớn 10 m, nƣớc chịu ảnh hƣởng phân tầng nhiệt làm giảm hàm lƣợng oxy hòa tan, dẫn đến tƣợng thiếu khí tầng sâu hồ chứa Điều kiện thiếu khí tầng nƣớc sâu hồ chứa thủy lợi tác động nghiêm trọng đến chất lƣợng nƣớc hồ, bao gồm phú dƣỡng đặc biệt giải phóng kim loại nặng tồn trầm tích Sự suy giảm nồng độ oxy tới mức thiếu hụt cho chu trình hiếu khí kéo theo thay đổi hàm lƣợng ion kim loại tầng nƣớc, đáng kể gia tăng đột ngột hàm lƣợng Fe Mn Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc hồ bị ảnh hƣởng dẫn đến thay đổi chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông phía dƣới hạ lƣu trực tiếp cấp nƣớc cho mục đích sử dụng Vì vậy, việc làm giàu oxy tầng sâu hồ chứa thủy lợi nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ chứa nƣớc sông dƣới hạ nguồn chịu ảnh hƣởng từ việc thiếu oxy, giúp bảo đảm cung cấp nguồn nƣớc vệ sinh, hoạt động ngƣ nghiệp môi trƣờng sinh hoạt sông dƣới hạ nguồn nhu cầu cần thiết hồ chứa Việt Nam Công nghệ cấp khí tầng sâu (Deep layer aeration system) đƣợc sử dụng để cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ nhiều quốc gia Ở Việt Nam, khuôn khổ hợp tác JICA Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, công nghệ đƣợc bắt đầu thử nghiệm hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình Tuy nhiên, hiệu công nghệ chƣa đƣợc kiểm chứng, đánh giá Việt Nam Mặt khác, vấn đề chất lƣợng nƣớc hồ chứa cần có giải pháp quản lý tổng hợp đáp ứng yêu cầu chất lƣợng nƣớc cấp Footer Page 10 of 126 Header Page 18 of 126 Bảng 1.2 Chỉ tiêu phân định trạng thái phân tầng dựa tỷ lệ thay nƣớc α hồ đập Phân định Giá trị α Loại phân tầng Dƣới 10 Loại phân tầng II Loại trung gian 10 - 20 Loại không phân tầng Trên 20 Nguồn: Bộ Đất đai, sở hạ tầng, giao thông vận tải du lịch Nhật Bản (2005) [19] Nhƣ vậy, đập đƣợc dự đoán xảy tƣợng phân tầng đập có số lần thay nƣớc (tỷ lệ thay nƣớc α) nhỏ 10 Chỉ tiêu đƣợc sử dụng để đánh giá đập loại phân tầng theo quy mô xây dựng Có tổng cộng 175 đập có chiều cao từ 25m trở lên tỷ lệ thay nƣớc (α) nhỏ 10, chiếm khoảng 27% tổng số đập Đây đập có khả xảy phân tầng làm phát sinh tƣợng suy giảm ôxy tầng nƣớc sâu Trong đó, tỉnh Hòa Bình có 26 đập bao gồm 10 đập có chiều cao từ 25m trở lên, đứng thứ sáu số tỉnh có nhiều đập có nguy suy giảm ôxy Việt Nam Thông tin đập Việt Nam dự đoán số lƣợng đập có vấn đề đƣợc thể bảng 1.3 Bảng 1.3 Thống kê thông tin đập Việt Nam dự đoán số lƣợng đập có vấn đề STT 10 11 12 Tỉnh Hà Giang Cao Bằng Lai Châu Điện Biên Lào Cai Yên Bái Tuyên Quang Bắc Kạn Thái Nguyên Lạng Sơn Sơn La PhúThọ Số lƣợng đập 10 19 11 16 19 52 25 Footer Page 18 of 126 Đập có nguy suy giảm ôxy (số lần thay nƣớc