(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu sự hình thành và phát tán hydrosunfua từ sông tô lịch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Nguyễn Hữu Huấn NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TÁN HYĐROSUNFUA TỪ SƠNG TƠ LỊCH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Nguyễn Hữu Huấn NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TÁN HYĐROSUNFUA TỪ SÔNG TÔ LỊCH Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62 85 02 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải PGS TS Trần Yêm Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn Các kết nghiên cứu luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Các trích dẫn sử dụng luận án ghi rõ tên tài liệu tham khảo tác giả tài liệu Tác giả luận án Nguyễn Hữu Huấn ! LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tác giả nhận giúp đỡ tận tình PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, PGS.TS Trần Yêm, người Thầy trực tiếp hướng dẫn dẫn định hướng nghiên cứu, kiến thức chuyên môn, hết truyền cho tác giả lòng đam mê khoa học tinh thần tự giác học tập nghiên cứu Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc giúp đỡ quý báu với Thầy, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lịng cảm ơn tới Thầy, Cơ tập thể cán Khoa Mơi trường, Phịng Sau Đại học, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội đóng góp ý kiến chân thành, bổ ích giúp tác giả nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể cán Phịng thí nghiệm Nơng nghiệp số 18, Viện Nước, Tưới tiêu Môi Trường, Trung tâm Nghiên cứu Quan trắc Mơ hình hóa Mơi trường, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hồn thiện luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo quan nơi tác giả công tác, đồng nghiệp Công ty Cổ phần tư vấn xây dựng điện 1, Viện Nước, Tưới tiêu & Môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu để hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người thân yêu gia đình, ln bên cạnh động viên tác giả vật chất tinh thần để tác giả vững tâm hồn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tất giúp đỡ quý báu này! Tác giả luận án Nguyễn Hữu Huấn ! MỤC LỤC LỜI  CAM  ĐOAN LỜI  CÁM  ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ,  ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 12 Sự cần thiết nghiên cứu luận án 12  Ý  nghĩa  khoa  học thực tiễn luận án 14 Mục tiêu nghiên cứu 15 Những  đóng  góp  mới luận án 15 Chương  1:  TỔNG QUAN TÀI LIỆU 17 1.1 Chu trình sunfua 17 1.1.1 Nguồn phát sinh sunfua 17 1.1.2 Các dạng  sunfua  trong  mơi  trường  nước 19 1.2 Tính chất lý, hóa học H2S 20 1.2.1 Tính chất lý, hóa học H2S, SO2 VOSC 20 1.2.2 Quá trình xy hóa sunfua 22 1.2.3 Q trình kết tủa sunfua 24 1.3  Tác  động  mơi  trường khí H2S 26 1.3.1  Độc tính khí H2S 26 1.3.2  Q  trình  ăn  mịn  có  nguồn gốc sinh học HTTN 28 1.3.3  Ăn  mòn  kim  loại vật liệu sơn  trong  khơng  khí  có  H2S 33 1.4 Q trình hình thành sunfua yếu tố ảnh  hưởng  đến trình HTTN thải 34 1.4.1 Quá trình hình thành sunfua HTTN thải 34 1.4.2 Các yếu tố ảnh  hưởng  đến hình thành sunfua HTTN thải 38 1.4.2.1 Thế xy hóa khử 38 1.4.2.2 Nhiệt  độ 40 1.4.2.3 Chất hữu  cơ 41 1.4.2.4 pH 41 1.4.2.5  Hàm  lượng sunfat 42 1.4.3 Mơ hình dự báo hình thành sunfua HTTN thải 42 1.5 Quá trình phát tán H2S HTTN thải 46 1.5.1 Tiếp cận lý thuyết 46 1.5.2 Mơ hình tiếp cận dựa lý thuyết màng kép 46 1.5.3 Phát thải H2S từ đất ngập  nước 49 1.6 Các biện pháp xử lý ô nhiễm H2S HTTN thải 50 1.6.1 Q trình chuyển  hóa  lưu  huỳnh  trong  nước thải 50 1.6.2 Các biện pháp xử lý 51 Chương  2:   ĐỐI   TƯỢNG, NỘI   DUNG   VÀ   PHƯƠNG   PHÁP   NGHIÊN   CỨU 54 2.1  Đối  tượng nghiên cứu 54 2.1.1 Hệ thống  thoát  nước thải trung tâm TPHN 54 2.1.2  Các  hướng  thốt  nước  chính  lưu  vực sơng Tơ Lịch 56 2.1.3  Kênh  thốt  nước cấp I 56 2.1.4 Phạm vi nghiên cứu 59 2.2  Phương  pháp  nghiên  cứu 60 2.2.1  Phương  pháp  thực 60 2.2.2  Phương  pháp  lấy mẫu bảo quản mẫu 61 2.2.3  Phương  pháp  phân  tích  các  mẫu  nước, trầm tích khơng khí 66 2.2.4  Phương  pháp  phân  tích  dự báo phát thải H2S 67 2.2.5  Phương  pháp  đánh  giá  chỉ số ô nhiễm  môi  trường  nước mặt 68 2.2.6  Phương  pháp  tính  hệ số trầm tích 69 2.2.7 Mơ hình METI-LIS 69 2.2.7.1  Mơ  hình  cơ  sở Gauss 69 2.2.7.2 Mơ hình METI-LIS hiệu chỉnh mơ hình 70 2.2.8 Thời  gian  và  điều kiện  khí  tượng thời  điểm lấy mẫu 72 Chương  3:  KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 74 3.1 Hiện trạng HTTN thải TPHN 74 3.2 Chất  lượng trầm  tích  và  nước sơng Tơ Lịch 77 3.2.1 Chất  lượng trầm tích sơng Tô Lịch 77 3.2.2 Chất  lượng  nước sông Tô Lịch 79 3.3 Biến  động số tính chất hóa-lý trầm  tích  và  nước sơng Tơ Lịch 86 3.3.1  Động thái Eh trầm  tích  và  nước sơng Tơ Lịch 86 3.3.2  Động thái pH trầm tích  nước sông Tô Lịch 92 3.3.3  Động thái sunfua H2S  trong  nước sông Tô Lịch 95 3.4 Một số yếu tố ảnh  hưởng  đến hình  thành  sunfua  trong  nước sông Tô Lịch 97 3.4.1 Quan hệ  hàm  lượng sunfua Eh 97 3.4.2 Quan hệ Lg[S]/[SO4] Eh 99 3.4.3 Quan hệ  hàm  lượng sunfua sunfat 101 3.4.4 Quan hệ  hàm  lượng sunfua pH 104 3.4.5 Quan hệ  hàm  lượng sunfua ion kim loại 105 3.4.6 Quan hệ  hàm  lượng sunfua COD, BOD5 106 3.4.7 Quan hệ  hàm  lượng sunfua nhiệt  độ 107 3.4.8 Quan hệ  hàm  lượng sunfua DO 109 3.5 Mơ hình dự báo khả  hình  thành  sunfua  trên  sơng  Tơ  Lịch 112 3.6 Phát thải H2S sông Tô Lịch 115 3.6.1 Kiểm  định mơ hình phát thải H2S 115 3.6.2 Thời gian tồn  lưu  của H2S  trong  môi  trường  nước khơng khí 118 3.7 Kiểm  định mơ hình lan truyền khí H2S 119 3.7.1 Kết quan trắc  hàm  lượng H2S khơng khí 119 3.7.2 Tỷ lệ phát thải H2S từ nước sông Tô Lịch 119 3.7.3 Kiểm  định mơ hình METI-LIS 120 3.7.4 Áp dụng mơ hình METI-LIS cho sơng Tơ Lịch 123 3.8   Cơ   sở khoa học giải pháp kỹ thuật giảm thiểu ô nhiễm H2S từ nước sông Tô Lịch 125 3.8.1  Cơ  sở khoa học 125 3.8.2   Đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu ô nhiễm H2S từ sông Tô Lịch 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 Kết luận 128 Kiến nghị 129 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN  ĐẾN LUẬN ÁN 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH 133 PHỤ LỤC 150 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Ý  nghĩa Từ viết tắt BOD Nhu cầu ô xy sinh hóa CHC Chất hữu  cơ COD Nhu cầu xy hóa học DO Ơ xy hịa tan Eh Thế xy hóa khử HTTN Hệ thống  thoát  nước KLN Kim loại nặng KPT Khơng phân tích KTT Khu tiêu 10 MIC Ăn  mịn  bê  tơng  có  nguồn gốc sinh học 11 MPB Vi sinh vật sinh khí mê tan 12 NTBV Nước thải bệnh viện 13 NTCN Nước thải công nghiệp 14 NTDV Nước thải kinh doanh dịch vụ 15 NTSH Nước thải sinh hoạt 16 NTSX Nước thải sản xuất (tính NTCN + NTDV) 17 SBOD Nhu cầu xy sinh hóa trầm tích 18 SCOD Nhu cầu xy hóa học trầm tích 19 SOB Vi sinh vật xy hóa sunfua 20 SOD Nhu cầu xy trầm tích 21 SRB Vi sinh vật khử sunfat 22 TSS Chất rắn  lơ  lửng 23 TPHN Thành phố Hà Nội 24 VOSC Chất hữu  cơ  bay  hơi  chứa  lưu  huỳnh 25 VSV Vi sinh vật 26 WQI Chỉ số chất  lượng  nước DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng  1.1  Ước tính nguồn khí H2S giới 17 Bảng 1.2 Thời gian tồn  lưu  trong  khơng  khí  của số loại khí (ngày) 19 Bảng 1.3 So sánh tính chất vật lý hóa H2S, SO2 VOSC 21 Bảng 1.4 Mức  độ độc tiềm  năng  của số chất  độc hại  quy  đổi  tương   đương  hợp chất para-Diclorobenzen 26 Bảng 1.5 Tốc  độ ăn  mịn  bê  tơng  do  MIC  gây  ra 33 Bảng 1.6 Khoảng giá trị Eh thích hợp  để sinh khí H2S CH4 VSV HTTN thải 39 Bảng 1.7 Một số công thức dự báo hình thành sunfua 44 Bảng 1.8 Mức phát thải H2S từ số nguồn khác 50 Bảng 2.1 Thơng tin sơng khu vực trung tâm TPHN 54 Bảng 2.2 Vị trí lấy mẫu  nước, trầm tích quan trắc tỷ lệ phát thải khí H2S sơng Tơ Lịch 62 Bảng 2.3 Vị trí lấy mẫu khí H2S khu vực  Đập Thanh Liệt 62 Bảng  2.4  Các  phương  pháp  phân  tích  chất  lượng  nước 66 Bảng  2.5  Các  phương  pháp  phân  tích  chất  lượng trầm tích, khơng khí 67 Bảng 2.6 Các thơng số áp dụng tính tỷ lệ phát thải khí H2S 68 Bảng  2.7  Thơng  tin  chung  các  đợt lấy mẫu  môi  trường 72 Bảng  3.1  Lưu  lượng xả nước thải (m3/ngày) khu vực trung tâm TPHN 74 Bảng 3.2 Phân vùng tiểu  KTT  nước dọc theo sông Tô Lịch 77 Bảng 3.3 Một số thông số chất  lượng trầm tích sơng Tơ Lịch 78 Bảng 3.4 Hàm lượng thải  lượng số chất ô nhiễm xả vào sông Tô Lịch 81 Bảng 3.5 Thải  lượng số chất nhiễm trầm  tích  và  nước sơng Tô Lịch 82 Bảng 3.6 Chỉ số WQI  nước sơng Tơ Lịch  giai  đoạn 2009 ÷ 2013 82 Bảng 3.7 Giá trị số WQI sông Tô Lịch  giai  đoạn  2003  đến 2013 85 Bảng 3.8 Giá trị Eh  trong  nước trầm tích sơng Tơ Lịch 86 DAI HOC QUOC GIA HA N(H TRUONG HQC KHOA HQC TV NHIEN Sb: 5"1h}j !QD-DHKHTN CQNG HOA xA HQI CHU NGHiA VJtT NAM - Tlf phuc Dqc Ha N9i, ngayJ'f1 thang 12 nam 2014 QUYETl>JNH H(H dang cip TRUONG TRUONG hQc Qu6c gia chim an si HQC KHOA HQC TV NHIEN Can cu Quy dinh v€ t6 chuc va ho?t d(mg cua cac dan vi tharm vien th\fc thu9c D?i hQc Qu6c gia Ha N9i dugc ban harm theo Quy€t dinh s6 3568/QD-DHQGHN 08/ 10/2014 cua Giam d6c D?i hQc Qu6c gia Ha N9i; Can cu Quy che dao t?o sau d?i hQc D?i hQc Qu6c gia Ha N9i dugc ban hanh theo Quyet dinh s6 1555/QD-DHQGHN 25/5/2011, duqc sua dbi bb sung theo Quyet dinh s6 3050/QD-DHQGHN 17/9/2012 cua Giam d6c D?i hQc Qu6c gia Ha N9i; Xet d€nghi cua Tru6ng phong Sau d?i hQc, QUYETDJNH: H9i dflng D?i hQc Qu6c gia chfun an ti€n si cua nghien Hfru Huin, sinh 29/01 /1972 t?i Ha N9i v€ d€ tai: Thanh cfru sinh "Nghien Ctfll SI! hinh va phat tan hydrosunfua tir song To Ljch" Chuyen nganh: Moi truemg dfit va nu6c; ma s6: 62 85 02 05 Danh sach cac tharm vien H9i dflng kem theo Quy€t dinh Cac vien H9i dflng c6 V\l chfun an ti€n si theo dting Quy che dao t?o sau d?i h9c harm D?i hQc Qu6c gia Ha N9i Tru6ng phong Sau d?i h9c, Chu cac dan vi lien quan va cac tharm vien H9i dflng ti€n si chiu trach thi harm Quy€t dinh nay./ Khoa Moi truang, Thu tru6ng D?i h9c Qu6c gia an N