Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của nước song, ứng dụng cho sông nhuệ đoạn chảy qua thành phố hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Thị Hiền NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Thị Hiền NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Thị Trinh PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội, 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn tin tưởng giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu làm luận văn Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Lê Thị Trinh, Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Cơ tận tình giúp đỡ, dạy bảo hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu thực luận văn Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo cán quản lý Phịng thí nghiệm Khoa Mơi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn tốt nghiệp Đồng thời em xin gửi lời cám ơn đến thầy, cô giáo Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, người thân gia đình, bạn bè anh, chị đồng nghiệp truyền đạt kiến thức, giúp đỡ ủng hộ em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Đỗ Thị Hiền MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Khả tự làm nguồn nước 1.1.1 Giới thiệu chung khả tự làm nguồn nước 1.1.2 Các trình xảy nước tự làm 1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tự làm nguồn nước .7 1.2 Khả tiếp nhận chất thải nguồn nước 16 1.2.1 Khái niệm khả tiếp nhận chất thải nguồn nước 16 1.2.2 Các yếu tố tác động đến khả tiếp nhận chất thải nguồn nước 17 1.3 Tổng quan phương pháp, mô hình đánh giá khả tự làm khả tiếp nhận chất ô nhiễm nguồn nước 17 1.3.1 Đánh giá khả tự làm nguồn nước dựa khoảng cách từ nguồn thải 17 1.3.2 Đánh giá khả tự làm nguồn nước dựa tải lượng chất ô nhiễm 18 1.3.3 Đánh giá khả tự làm nguồn nước phương pháp mơ hình hóa 19 1.3.4 Đánh giá khả tiếp nhận chất thải nguồn nước theo thông tư số 02/2009/TT-BTNMT 20 1.3 Tổng quan sông Nhuệ 23 1.3.1 Giới thiệu chung sông Nhuệ 23 1.3.2 Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ 25 CHƯƠNG - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 28 2.2 Cách tiếp cận 28 2.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 28 2.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 28 2.3.2 Nội dung nghiên cứu 29 2.4 Phương pháp nghiên cứu 29 2.5 Thực nghiệm 29 2.5.2 Xây dựng mơ hình nghiên cứu 33 2.5.3 Đánh giá khả tự làm nước sơng mơ hình 35 2.5.4 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm nước sơng Nhuệ mơ hình 36 2.5.6 Phương pháp phân tích thơng số chất lượng nước 40 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ khảo sát trình tự làm theo khoảng cách từ nguồn thải 42 3.2.1 Kết đo nhanh thông số nhiệt độ, pH, DO mơ hình .44 3.2.2 Đánh giá khả tự làm thông số 47 3.3 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm nước sông Nhuệ mơ hình 54 3.3.1 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = L ls/2 .55 3.3.2 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = L ls 56 3.3.3 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = 2L ls 58 3.3.4 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = 10L ls 59 3.3.5 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = 50L ls 60 3.3.6 Khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = 100L ls 61 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 69 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các vị trí lấy mẫu khảo sát Bảng 2.2 Mô tả điều kiện lấy mẫu khảo sát chất lượng nước sông Nhuệ Bảng 2.3 Ký hiệu vị trí lấy mẫu mơ hình Bảng 2.4 Thiết bị đo đạc thông số đo nhanh Bảng 2.5 Phương pháp phân tích tiêu Phịng thí nghiệm Bảng 3.1 Kết phân tích chất lượng nước sơng Nhuệ Bảng 3.2 Khả tự làm sông Nhuệ đơn vị chiều dài qua đợt quan trắc Bảng 3.3 Kết phân tích COD Bảng 3.4.Tốc độ tự làm nước sông thông số COD Bảng 3.5 Kết phân tích hàm lượng NH4 Bảng 3.6 Tốc độ tự làm nước sông thông số NH Bảng 3.7 Kết phân tích hàm lượng NO3 Bảng 3.8 Kết phân tích hàm lượng tổng P Bảng 3.9 Tốc độ tự làm nước sông thông số tổng P Bảng 3.10 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = Lls/2 Bảng 3.11 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm a = Lls Bảng 3.12 Khả tiếp nhận nước sông giá trị thêm a = L ls Bảng 3.13 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm 2Lls Bảng 3.14 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm 10Lls Bảng 3.15 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm 50Lls Bảng 3.16 Kết đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm khoảng nồng độ thêm 100Lls 61 Bảng Kết đo nhanh thông số nhiệt độ, pH, DO mơ hình đánh giá khả tự làm nước sông DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Phân chia vùng dịng chảy theo khả tự làm nguồn nước Hình 1.2 Sự thay đổi DO theo khoảng cách phía hạ lưu tính từ điểm nhận nước thải Hình 1.3 Mối quan hệ nồng độ DO số vi sinh vật vùng khác Hình 1.4 Độ hồ tan oxy nước nhiệt độ khác Hình 1.5 Sự hồ tan oxy dòng chảy rối Hình 1.6 Sự hồ tan oxy dịng chảy chậm Hình 1.7 Đường cong diễn biến DO điển hình Hình 1.8 Bản đồ lưu vực sông Nhuệ - Đáy địa bàn Hà Nội Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu Hình 2.2 Cống thải trước vị trí SN1 Hình 2.3 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm đánh giá khả tự làm nước sông phịng thí nghiệm Hình 2.4 Hình ảnh mơ hình đánh giá khả tự làm nước sơng phịng thí nghiệm Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả tự làm mơ hình 36 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả tiếp nhận chất nhiễm mơ hình Hình 3.1 Diễn biến thơng số nhiệt độ Hình 3.2 Diễn biến thơng số pH Hình 3.3 Diễn biến thơng số DO Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn thay đổi thông số COD Hình 3.5 Diễn biến thơng số NH4 Hình 3.6 Diễn biến thơng số NO3 Hình 3.7 Diễn biến thơng số tổng P Hình 1.a Sơng Nhuệ vị trí SN1 ngày 21/3/2016 Hình 1.b Sơng Nhuệ vị trí SN2 ngày 21/3/2016 Hình Hình ảnh mẫu nước nghiên cứu cột Hình Các mẫu nước lấy từ mơ hình sau ngày tự làm Hình 4.a Mẫu nước cột trước bắt đầu thêm nước thải giả định Hình 4.b Mẫu nước cột sau thêm nước thải giả định a = 100Lls DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa BHC : Benzen hecxa clorua COD : Nhu cầy oxy hóa học CSUL : Khả tự làm đơn vị chiều dài DDT : Diclo diphenyl tricloetan DO : Oxy hòa tan nước DObh : Lượng oxy hão hòa nước QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCCP : Quy chuẩn cho phép TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TN : Tổng nitơ TP : Tổng photpho MỞ ĐẦU Sơng, hồ cơng trình thiên nhiên nhân tạo, nguồn cung cấp nước mặt, đồng thời nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt, công nghiệp… Ở điều kiện bình thường, nguồn nước diễn chu trình kín cân sống loài động thực vật vi sinh vật Sự sống chúng có quan hệ tương hỗ với Khi nguồn nước bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt công nghiệp tạo thành dư lượng chất gây phá vỡ chu trình Tuy nhiên, sau khoảng cách từ nguồn ô nhiễm tùy thuộc lượng chất ô nhiễm, lưu lượng nước nguồn,… chu trình bình thường phục hồi trở lại Sự phục hồi gọi tự làm Mỗi nguồn nước có khả tự làm Ví dụ dịng sơng bị nhiễm chất hữu khơi phục lại trạng thái ban đầu trình tự nhiên tượng pha lỗng, lắng cặn, q trình khử chất nhiễm sinh vật Tuy nhiên, hầu hết nguồn nước mặt sơng ngịi phải “oằn mình” gánh chịu vơ số nguồn thải khác đổ xuống làm cho dịng sơng ngày bị nhiễm Trong số khơng thể khơng nhắc tới sơng Nhuệ, sơng điển hình mức độ ô nhiễm mà hầu hết người biết đến Sông Nhuệ phụ lưu sông Đáy Sông dài khoảng 76 km, chảy qua địa phận thành phố Hà Nội tỉnh Hà Nam Trong năm gần đây, phát triển kinh tế - xã hội sông Nhuệ diễn mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích kinh tế góp phần nâng cao đời sống cho người dân Tuy nhiên, ngồi lợi ích mang lại tình trạng nhiễm mơi trường nói chung mơi trường nước nói riêng sơng Nhuệ ngày gia tăng, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cho cộng đồng dân cư sống quanh vùng Sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt, nước thải làng nghề vùng ven sơng Bên cạnh đó, tình trạng đổ phế thải, rác thải xuống sơng cịn phổ biến Chính ln phải tiếp nhận lượng chất thải q lớn nên dịng sơng bị nhiễm nghiêm trọng Nghiên cứu khả tự làm nguồn nước sở khoa học để đánh giá khả tiếp nhận chất nhiễm, từ đưa biện pháp phù hợp nhằm kiểm soát xử lý ô nhiễm nguồn nước Xuất phát từ thực tiễn trên, thực đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình đánh giá khả tự làm nước sông, ứng dụng cho sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội” Đây kết nghiên cứu ban đầu, mang tính thăm dị định hướng thông qua thử nghiệm điều kiện đơn giản Để có sở khoa học thực nghiên cứu mức độ sâu hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Lê Huy Bá (2009), Sinh thái môi trường học (Fundamental environmental ecology), NXB Đại học Quốc gia TP.HCM Bộ Tài Nguyên Môi Trường (2009), Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT, Thông tư quy định đánh giá khả tiếp nhận nước thải nguồn nước Đặng Kim Chi (2011), Hóa học mơi trường, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Chí Cơng (2007), Nghiên cứu sở khoa học đánh giá khả tiếp nhận nước thải nguồn nước phục vụ công tác cấp phép xả nước thải, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Tài nguyên Môi trường Trương Kim Cương (2016), “Hiện trạng diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ”, Báo cáo 55 năm Viện quy hoạch thủy lợi 1961 – 2016, tr 204-207 Nguyễn Bắc Giang, Nguyễn Thị Mai Dung (2012), “Đánh giá khả tiếp nhận chất thải đầm Cầu Hai, Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012 Bùi Tá Long (2008), Mô hình hóa mơi trường, NXB ĐHQG TPHCM Nguyễn Thanh Sơn cộng (2011), “Khảo sát trạng tài ngun nước lưu vực sơng Nhuệ - Đáy”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên công nghệ 27, số1S (2011), tr 227-234 Phan Minh Thụ, Tôn Nữ Mỹ Nga (2015), “Khả tự làm sinh học lý học nước đầm Thủy Triều, Khánh Hịa”, Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản, số 1/2015, tr 57-62 10 Tổng Cục Môi Trường (2010), Chương trình quan trắc tổng thể mơi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy giai đoạn 2010-2015, Hà Nội 11 Lê Thị Trinh (2015), Giáo trình Hóa kỹ thuật môi trường ứng dụng, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội 66 12 Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phương Loan, Đỗ Thanh Định (2011), “Thực trạng sử dụng nước sông Nhuệ cho sản xuất nông nghiệp”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ nơng nghiệp Việt Nam, số 3(24) 13 Trung tâm quan trắc môi trường (2014), Báo cáo kết quan trắc môi trường nhiệm vụ: “Quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy” đợt năm 2014 , Hà Nội Tiếng Anh: 14 APHA (1998), Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, th 20 edition, Washington, DC 15 Butts, T A., Kothandaraman, V., Evans, R L (1973), Practical Considerations for Assessing the Waste Assimilative Capacity of Illinois Streams, Illinois State Water Survey 16 Carolyn Brown, Bruce Rodgers (2014), “Protecting surface water quality from wastewater discharges through assimilative capacity studies”, Environmental Science & Engineering Magazine, May/June 2014, pp 42-44 17 Duncan Mara, Nigel Horan (2003), Handbook of Water and Wastewater Microbiology, School of Civil Engineering, University of Leeds, UK 18 Hans-Joachim Jördening, Josef Winter (2005), Environmental Biotechnology Concepts and Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 19 Khemlal Mahto, Indeewar Kumar (2015), “The Self Purification Model for Water Pollution”, International Journal Of Mathematics And Statistics Invention, Volume 3, Issue 1, pp 17-32 20 M.Hanelore (2013), “The process of self-purification in the rivers”, SGEM2013 Conference Proceedings, pp 409-416 67 21 Omole, D.O., Adewumi, I.K., Longe, E.O., Ogbiye, A.S (2012), “Study of Auto Purification Capacity of River Atuwara in Nigeria”, International Journal of Engineering and Technology, Vol 2, No 2, pp 229-235 22 Shimin Tian, Zhaoyin Wang, Hongxia Shang (2011), “Study on the Selfpurification of Juma River”, Procedia Environmental Sciences, 11, pp 1328–1333 23 Streeter, H.W., Phelps, E.B (1925), “A Study of the Pollution and Natural Purification of the Ohio River”, Public Health Bulletin, No 146, Public Health Service, Washington DC 24 Taurai Bere (2005), The impact of sewage effluent and natural self-purification in the upper Chinyika River below hatcliffe sewage works, Harare, University of Zimbabwe, Zimbabwe 25 Unesco, “Dispersion and self-purification of pollutants in surface water systems”, 26 Yi-Chao Lee, Chen-Cheng Yang, Chao-Shi Chen, Shui-Ping Chang, Ching-Gung Wen, Chih-Sheng Lee (2007), “Analysis of the Assimilative Capacity with Various Dimensional Water Quality Models in the Tseng-Wen Reservoir (Taiwan)”, Proceedings of the 2nd IASME/WSEAS International Conference on Water Resources, Hydraulics & Hydrology, Slovenia 68 ... QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đỗ Thị Hiền NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chun... đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng mơ hình đánh giá khả tự làm nước sông, ứng dụng cho sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội? ?? Đây kết nghiên cứu ban đầu, mang tính thăm dị định hướng thơng qua thử... Hình 2.3 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm đánh giá khả tự làm nước sơng phịng thí nghiệm Hình 2.4 Hình ảnh mơ hình đánh giá khả tự làm nước sông phịng thí nghiệm Hình