Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông hồng dưới tác động của con người

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hoàng Thị Thu Hà ĐÁNH GIÁ BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Thị Phương Quỳnh Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung luận văn thực hướng dẫn PGS.TS Lê Thị Phương Quỳnh Mọi tham khảo dùng luận văn tơi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Thị Thu Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Mơi trường với đề tài “Đánh giá bốc khí CO2 từ hệ thống sơng Hồng tác động người’’ thực phịng thí nghiệm Hóa Mơi Trường - Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, với hỗ trợ kinh phí từ đề tài NAFOSTED 105.08-2018.317 hướng dẫn PGS.TS Lê Thị Phương Quỳnh Trong suốt trình thực luận văn, từ nhận đề tài kết thúc thực nghiệm, em nhận quan tâm, động viên, hỗ trợ từ cô hướng dẫn Bằng tất kính trọng, lịng biết ơn, em xin phép gửi tới PGS.TS Lê Thị Phương Quỳnh lời cảm ơn chân thành Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn Em xin gửi lời cảm ơn thầy cô giáo Khoa Môi trường - Viện Công nghệ Môi trường - Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện sở vật chất hướng dẫn em hồn thành chương trình học tập thực luận văn Em chân thành cảm ơn tới tồn thể anh chị phịng Hóa mơi trường tận tình giúp đỡ, bảo truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian thực luận văn Dù cộng sự, không làm việc, gia đình ln bên, động viên, tạo điều kiện thuận lợi tinh thần vật chất cho em nghiên cứu khoa học Em xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn, chân thành tới cha mẹ, gia đình cho em niềm tin, chỗ dựa vững đường làm khoa học cho em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Nhu cầu ơxy sinh hóa Biochemical oxygen demand BVTV Hóa chất Bảo vệ thực vật Pesticides CCN Cụm Công nghiệp Industrial clusters Chl-a Chlorophyll a Chlorophyll a COD Nhu cầu ôxy hóa học Chemical oxygen demand DOC Cacbon hữu hịa tan Dissolved organic carbon ĐBSH Đồng Bằng sông Hồng Red River delta ĐNB Đông Nam Bộ South East of Vietnam GDP Tổng sản phẩm nội địa Gross Domestic Product KCN Khu Công nghiệp Industrial area KTTĐ Kinh tế trọng điểm Key economics OM Chất hữu Organic matter POC Cacbon hữu không tan Particulate organic carbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solids Xử lý nước thải Wastewater treatment XLNT iv MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG 1.1.1 Giới thiệu chung lưu vực sông Hồng 1.1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình, địa chất thổ nhưỡng 1.1.1.2 Đặc điểm khí hậu 12 1.1.1.3 Đặc điểm thủy văn hệ thống hồ chứa 13 1.1.1.4 Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số 15 1.1.2 Các nguồn thải ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Hồng 18 1.1.2.1 Nguồn nước thải sinh hoạt 18 1.1.2.2 Nguồn thải từ hoạt động sản xuất công, nông nghiệp 20 1.1.2.3 Các nguồn thải khác 20 1.1.3 Các nguồn phát thải khí CO2 22 1.2 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỐC ĐỘ BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG TRÊN THẾ GIỚI 24 1.2.1 Một số nghiên cứu giới 24 1.2.2 Cơng trình nghiên cứu Việt Nam 25 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 27 2.1.1 Hóa chất 27 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 27 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.2.1 Thu thập số liệu 28 2.2.2 Lấy mẫu đo đạc trường 29 2.2.3 Phương pháp xử lý, bảo quản vận chuyển mẫu 31 2.2.4 Phương pháp xác định tiêu hóa lý trường 32 2.2.5 Phương pháp phân tích mẫu phịng thí nghiệm 32 2.2.5.1 Xác định hàm lượng TSS POC 32 2.2.5.2 Xác định hàm lượng COD 32 2.2.5.3 Xác định Chlorophyll-a 33 2.2.6 Phương pháp tính tốn pCO2 tốc độ bốc thoát CO2 36 2.2.7 Các phương pháp xử lý kết 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 KẾT QUẢ HÓA LÝ 39 3.1.1 Hàm lượng bicarbonate HCO3 - pH nước hệ thống sông Hồng 39 3.1.2 Hàm lượng chất hữu hệ thống nước sông Hồng giai đoạn 42 3.1.3 Một số thông số khác 46 3.2 BỐC THỐT KHÍ CO2 TRONG HỆ THỐNG NƯỚC SÔNG HỒNG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY (2019) 49 3.2.1 Áp suất riêng phần CO2 (pCO2) bề mặt nước sông Hồng từ thượng nguồn đến hạ lưu 49 3.2.2 Tốc độ bốc CO2 (fCO2) từ bề mặt nước sơng Hồng vào khí 53 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI TỚI BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SƠNG HỒNG 57 3.3.1 Ảnh hưởng xây dựng vận hành hồ chứa 60 3.3.2 Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất 61 3.3.3 Ảnh hưởng gia tăng dân số 62 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ KHÁC TỚI BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG 63 3.4.1 Các điều kiện tự nhiên 63 3.4.2 Các yếu tố môi trường 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Loại đất lưu vực sông Hồng - Thái Bình .11 Bảng 1.2 Một số thơng số hồ chứa lớn xây dựng hệ thống sông Hồng địa phận Việt Nam [7] 14 Bảng 1.3 Tỷ lệ phần trăm ngành cơng nghiệp lưu vực .18 sông Hồng .18 Bảng 2.1: Bảng danh mục số hóa chất sử dụng .27 Bảng 2.2: Bảng danh mục số thiết bị sử dụng 28 Bảng 2.3 Vị trí lấy mẫu nước sơng Hồng năm 2019 30 Bảng 2.4 Nồng độ (mg/L) thể tích (mL) dung dịch chuẩn .33 Bảng 3.1 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) pH hàm lượng bicarbonate HCO3- mẫu nước sông Hồng năm 2019 39 Bảng 3.2 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) hàm lượng cacbon hữu (POC COD) mẫu nước sông Hồng năm 2019 43 Bảng 3.3 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) Chlorophyll-a, nhiệt độ nước, độ muối cát bùn lơ lửng mẫu nước sông Hồng năm 2019 46 Bảng 3.4 Giá trị áp suất riêng phần CO (pCO2) (ppm) bề mặt nước sông Hồng từ thượng nguồn đến hạ lưu 12 vị trí quan trắc năm 2019 49 Bảng 3.6: Mối tương quan thông số môi trường, chất lượng nước pCO2/fCO2 , phần mềm thống kê R version [39] 58 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Lưu vực sơng Hồng với nhánh sơng .9 Hình 1.2 Đập thủy điện Lai Châu đập thủy điện Sơn La 15 Hình 1.3 Mật độ dân số lưu vực sông Hồng 16 Hình 1.4 Một số hình ảnh trồng rau vùng đồng sơng Hồng 17 Hình 1.5 Hình ảnh rác thải sơng Hồng 19 Hình 2.1 Hệ thống sơng Hồng vị trí lấy mẫu năm 2019 29 Hình 2.2 Một số hình ảnh lấy mẫu nước trường 31 Hình 2.3 Màn hình tính giá trị pCO2 vị trí trạm Vụ Quang thuộc sơng Hồng 37 Hình 3.1 Giá trị trung bình pH HCO3- 12 điểm quan trắc hệ thống sông Hồng năm 2019 41 Hình 3.2 Giá trị POC trung bình theo mùa khơ mùa mưa 2019 44 Hình 3.3 Giá trị COD trung bình theo mùa khơ mùa mưa 2019 .45 Hình 3.4 pCO2 trung bình (ppm) trạm 50 Hình 3.5 Biến đối giá trị pCO2 (ppm) theo tháng vị trí quan trắc năm 2019 .51 Hình 3.6 Giá trị pCO2 (ppm) theo trung bình năm trrung bình mùa mưa khơ trạm quan trắc sông Hồng năm 2019 52 Hình 3.7: Biến đổi giá trị fCO2 (mmol/m2/ngày) theo tháng quan trắc vị trí năm 2019 55 Hình 3.8 : Giá trị trung bình tốc độ bốc fCO2 trạm trạm quan trắc năm 2019 sông Hồng 56 Hình 3.9 : Giá trị trung bình fCO2 vào mùa mưa mùa khơ vị trí quan trắc năm 2019 56 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tính tốn chu trình cacbon tồn cầu, phát thải CO vào khí chuyển tải cacbon từ hệ thống sông đổ biển, ảnh hưởng tới biến đổi khí hậu tồn cầu đóng vai trò quan trọng Gần đây, nghiên cứu tốc độ bốc khí CO2 cacbon đổ biển từ dịng sơng Châu Á nhiều nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm Theo nghiên cứu trước đây, dòng sông Châu Á chiếm khoảng 50% tổng tải lượng chất rắn lơ lửng (TSS) từ hệ thống sông toàn giới [1] Tuy nhiên, thay đổi TSS lưu lượng nước sông thập kỷ gần quan sát rõ rệt nhiều sông Châu Á việc xây dựng vận hành hồ chứa [2, 3] Suy giảm lượng lớn TSS hệ thống sông dẫn tới giảm lượng khí chứa cacbon phát thải từ sơng vào khơng khí, giảm tải lượng cacbon đổ biển có mối liên hệ chặt chẽ TSS cacbon hữu không tan nước sông Kết nghiên cứu Wang cs., [4] cho thấy giảm hàm lượng TSS kéo theo làm giảm cacbon hữu gắn kết nước sơng Yangtze theo hàm lượng tốc độ bốc thoát CO2 suy giảm rõ rệt, thấp 1/3 so với năm 1960s Như vậy, cần có tính tốn xác tải lượng TSS, cacbon chuyển tải biển, với tốc độ bốc cacbon từ hệ thống sơng lớn châu Á để hồn thiện tính tốn chu trình cacbon tồn cầu Sơng Hồng (Việt Nam) ví dụ điển hình sơng Đơng Nam Á, có thay đổi mạnh mẽ lưu lượng nước, cát bùn lơ lửng chất lượng nước sông thập kỷ qua thay đổi điều kiện tự nhiên tác động người lưu vực [5] Vùng thượng lưu sông Hồng, hoạt động người thay đổi trạng sử dụng đất, có nạn phá rừng, xây dựng hồ chứa có tác động đáng kể đến lưu lượng nước cát bùn lơ lửng toàn hệ thống sông Vùng đồng sông Hồng, nơi diễn nhiều hoạt động chăn nuôi, canh tác, phát triển cơng nghiệp thị hóa với gia tăng dân số…, có tác động lớn tới chất lượng nước mặt Đã có nhiều nghiên cứu thay đổi cát bùn lơ lửng cho pCO2 fCO2 nước bề mặt vùng biển lớn Bắc Thái Bình Dương, Biển Đơng Lượng mưa ảnh hưởng đến hàm lượng cacbon bốc cacbon từ hệ thống sơng, đặc biệt vùng khí hậu nhiệt đới [27] Gia tăng lượng mưa làm gia tăng xói mịn rửa trơi lưu vực, dẫn đến gia tăng cacbon đổ vào hệ thống sông Nghiên cứu sông Longchuan [72] sông Xijiang [77] cho thấy giá trị pCO tăng đáng kể lượng mưa lưu lượng nước sông tăng q trình rửa trơi/xói mịn diễn mạnh mẽ lưu vực Kết nghiên cứu sông Godavari Indonesia cho thấy pCO tăng cao (lên tới 30.000 ppm) mùa mưa lũ, giá trị thấp (