Xây dựng nhóm chỉ số chất lượng nhằm đánh giá và phân loại tình trạng phú dưỡng trên các hồ hà nội

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT MỤC LỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN .6 MỞ ĐẦU .7 CHƢƠNG I – TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng phú dƣỡng 1.1.1 Khái niệm biểu hiện tƣợng phú dƣỡng 1.1.2 Diễn biến trình phú dƣỡng 1.1.3 Nguyên nhân gây tƣợng phú dƣỡng 10 1.1.4 Phân loại mức độ phú dƣỡng 13 1.1.5 Tác động tƣợng phú dƣỡng tới hệ sinh thái ngƣời 19 1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình phú dƣỡng 20 1.2.1 Chất dinh dƣỡng 20 1.2.2 Đặc điểm hình thái hồ .21 1.2.3 Khả lƣu chuyển nƣớc .22 1.2.4 Các điều kiện khí hậu 25 1.2.5 Chỉ thị cho thủy vực phú dƣỡng 29 1.3 Các số đánh giá chất lƣợng nƣớc mức độ phú dƣỡng 31 1.3.1 Chỉ số đánh giá chất lƣợng nƣớc 31 1.3.2 Chỉ số đánh giá mức độ phú dƣỡng 33 1.4 Giới thiệu hệ thống hồ Hà Nội 33 1.4.1 Hiện trạng vai trò hồ Hà Nội 33 1.4.2 Hiện trạng quản lý số nghiên cứu đƣợc thực môi trƣờng hồ Hà Nội .35 CHƢƠNG II – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 37 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu .37 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.3.1 Phƣơng pháp thu thập thơng tin, lấy mẫu, bảo quản phân tích, đo đạc thông số 44 2.3.2 Phƣơng pháp tính tốn số 48 PHẦN III – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Đánh giá đặc tính nhiễm phân loại mức chất lƣợng nƣớc hồ .52 3.1.1 Đặc tính nhiễm hồ dựa thơng số hóa học 52 3.1.2 Phân loại chất lƣợng nƣớc hồ 57 3.2 Phân loại mức độ phú dƣỡng hồ 59 3.2.1 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo tiêu chuẩn OECD (1982): 59 3.2.2 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo số TSI TRIX: 61 3.3 Lựa chọn số đánh giá chất lƣợng nƣớc mức độ phú dƣỡng 64 3.3.1 Đánh giá tƣơng quan số hóa học thông số ô nhiễm .64 3.3.2 Đánh giá ảnh hƣởng thông số cấu trúc hồ việc ảnh hƣởng đến tình trạng phú dƣỡng hồ: 65 3.3.3 Lựa chọn tiêu thông số đánh giá mức độ phú dƣỡng: 67 3.4 Đề xuất giải pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ .68 3.4.1 Giải pháp quản lý nhằm giảm thiểu tình trạng nhiễm phú dƣỡng .68 3.4.2 Các biện pháp kĩ thuật nhằm ngăn chặn giảm thiểu tình trạng phú dƣỡng 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 77 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Chú thích BOD Biochemical oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) DO Dissolved oxygen (Hàm lƣợng Oxy hịa tan nƣớc NTSH Nƣớc thải sinh hoạt OECD Organization for Economic Co-operation and Development (Tổ chức Hợp tác Phát triển Kinh tế) QCVN Quy chuẩn Việt Nam SD Độ nƣớc TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TRIX Vollenweider Trophic Index TSI Trophic State Index WQI - NSF Water Quality Index - National Sanitation Foundation (Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ) Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng Tên bảng Trang 1.1 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo OECD 14 1.2 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo Nurnberg 16 1.3 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo tiêu chuẩn Quebec 17 1.4 Sự khác thủy vực nghèo dinh dƣỡng phú dƣỡng 27 1.5 Hệ thống phân loại Kolkwitz Marsson 30 1.6 Phân loại ô nhiễm nguồn nƣớc mặt 31 2.1 Phân loại nhóm hồ theo đặc điểm đặc trƣng 37 2.2 Thông tin khảo sát trƣờng 45 2.3 Các thông số phƣơng pháp phân tích 46 2.4 Thơng số trọng số tính tốn theo WQI – NSF 49 2.5 Bảng đánh giá chất lƣợng nƣớc theo WQI – NSF 49 2.6 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo TSI 50 2.7 Phân loại mức độ phú dƣỡng theo TRIX 51 3.1 Phân loại mức độ phú dƣỡng hồ 63 3.2 Giá trị tƣơng quan số hóa học 65 3.3 Giá trị tƣơng quan tình trạng phú dƣỡng với 66 thơng số cấu trúc thủy vực Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Tên hình Trang 1.1 Bề mặt hồ tình trạng phú dƣỡng 3.1 Giá trị pH hồ tiến hành nghiên cứu 52 3.2 Giá trị DO trung bình đợt lấy mẫu 54 3.3 Giá trị COD trung bình đợt lấy mẫu 55 3.4 Giá trị BOD5 trung bình đợt lấy mẫu 56 3.5 Giá trị PO43- trung bình đợt lấy mẫu 56 3.6 So sánh TP trung bình nhóm hồ 57 3.7 Đồ thị phân loại chất lƣợng nƣớc hồ theo WQI – NSF 58 3.8 Đồ thị phân loại mức độ phú dƣỡng theo OECD thông số TP 59 3.9 Đồ thị phân loại mức độ phú dƣỡng theo OECD thông số PO43- 60 3.10 Đồ thị phân loại mức độ phú dƣỡng theo OECD thông số Chl-a 60 3.11 Đồ thị đánh giá mức độ phú dƣỡng theo OECD thông số SD 61 3.12 Đồ thị phân loại mức độ phú dƣỡng hồ theo TSI TRIX 62 3.13 Mơ hình sơ lƣợc mặt cắt sơng hồ với kè bờ đá hộc 71 dốc thoải 450 Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Hồng Thị Thu Hƣơng – ngƣời tận tình bảo hƣớng dẫn để tơi hồn thành tốt luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể cơ, nhƣ bạn, anh chị Viện Khoa học Công nghệ môi trƣờng, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình hồn thiện đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT MỞ ĐẦU Ao hồ có vai trị quan trọng hệ sinh thái ngƣời Nó khơng nơi vui chơi giải trí mà cịn có nhiệm vụ điều hịa khí hậu, điều tiết nƣớc mƣa đồng thời nơi chứa làm nƣớc thải Tuy nhiên không Việt Nam mà nƣớc giới có nhiều hồ, đặc biệt khu thị rơi vào tình trạng ô nhiễm mà điển hình tƣợng phú dƣỡng Hiện tƣợng phú dƣỡng xảy ao hồ gây ảnh hƣởng đến cảnh quan, môi trƣờng sinh thái, gây suy giảm đa dạng sinh học, ô nhiễm không khí, nguồn nƣớc… gây ảnh hƣởng lớn tới sức khỏe ngƣời đời sống loài sinh vật thủy sinh Đây vấn đề môi trƣờng cần đƣợc quan tâm giai đoạn phát triển kinh tế thị hóa ngày gia tăng tồn quốc Do vậy, tơi đƣợc giao đề tài “Xây dựng nhóm số chất lượng nhằm đánh giá phân loại tình trạng phú dưỡng hồ Hà Nội” để tìm hiểu nghiên cứu sâu nguyên nhân chất vấn đề ô nhiễm môi trƣờng thủy vực nƣớc Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT CHƢƠNG I – TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng phú dƣỡng 1.1.1 Khái niệm biểu hiện tượng phú dưỡng Hiện tƣợng phú dƣỡng (eutrophication) tƣợng phát triển trình sinh học tự nhiên hồ, ao, sông, biển,… gia tăng chất dinh dƣỡng (thƣờng hợp chất nitơ phốtpho) thúc đẩy phát triển tảo, thực vật thủy sinh tạo biến động lớn hệ sinh thái nƣớc, làm chất lƣợng nƣớc bị suy giảm ô nhiễm [1 , 7] Phú dƣỡng tƣợng thƣờng gặp hồ đô thị, sông kênh dẫn nƣớc thải Nguyên nhân xảy tình trạng phú dƣỡng hồ đô thị nồng độ chất dinh dƣỡng Nitơ (N), Phốtpho (P) cao, tỷ lệ P/N cao tích lũy tƣơng đối P so với N Đối với thủy vực nƣớc ngọt, thông thƣờng tƣợng phú dƣỡng hình thành hàm lƣợng nitơ vƣợt mức 500µg/l phốtpho (P) 20μg/l Sự dƣ thừa chất dinh dƣỡng thúc phát triển loài tảo, rong, rêu thực vật thân mềm nƣớc cuối ảnh hƣởng đến cân sinh học nƣớc Các loài sinh vật sau chết phân hủy tạo lƣợng lớn hợp chất hữu tiêu thụ lƣợng oxy hòa tan nƣớc Sự thiếu hụt oxy với có mặt chất độc sinh trình phân hủy yếm khí làm suy thối dẫn đến động vật thủy sinh thủy vực bị chết Khi xác động thực vật bùn lắng xuống ao hồ, cộng với phát triển mạnh loài thực vật ven bờ làm cho ao hồ ngày nông mặt hồ ngày bị thu hẹp, cuối ao hồ biến thành đầm lầy [6] Biểu thủy vực phú dƣỡng: - Về cảm quan: Nƣớc có màu xanh xanh đen phát triển mạnh mẽ tảo thực vật bậc thấp, thƣờng có mùi khí H2S… Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT - Về tính chất thủy vực: Độ sâu hồ bị thu hẹp tù đọng thủy vực, khơng có lƣu thơng dịng chảy Xác sinh vật thủy sinh dần tích lũy dƣới tầng đáy làm giảm độ sâu thủy vực đồng thời gây suy giảm chất lƣợng nƣớc - Sự đa dạng thủy vực: Sự suy giảm mạnh động vật thủy sinh bậc cao, đặc biệt cá thiếu hụt oxy, bên cạnh việc thực vật bậc thấp phát triển mạnh Hình 1.1 Bề mặt hồ tình trạng phú dưỡng 1.1.2 Diễn biến trình phú dưỡng Trong hệ sinh thái nƣớc ngọt, ln tồn sẵn lồi tảo hàm lƣợng định chất N, P để đảm bảo phát triển bình thƣờng hệ sinh thái Khi nồng độ N, P tăng lên, kích thích phát triển tảo – gọi tƣợng “bùng nổ tảo”, phát triển cách vƣợt bậc số lƣợng loài tảo hệ sinh thái nƣớc (nƣớc ngọt) Tùy thuộc tham gia loài tảo vào tƣợng “bùng nổ tảo” mà số lƣợng tảo phát triển mực độ khác Ở điều kiện bình thƣờng, tảo có 10 – 100 tb/ml nƣớc, điều kiện phú dƣỡng, tảo lên tới 104 – 105 tb/ml nƣớc (thậm chí lên tới hàng triệu tb/ml nƣớc – lồi Gyrodinium aureulum), kéo theo đổi mà thực nƣớc phần chiết thực vật tạo thành Đây dấu hiệu dễ nhận biết hệ sinh thái nƣớc bị phú dƣỡng nhiên lúc tƣợng xảy ra, có Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, ĐHBKHN - ĐT: 0438681686 - Fax: 0438693551 Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Nguyễn A Lăng - Lớp 2012BKTMT trƣờng hợp bùng nổ tảo nhƣng không làm thay đổi màu nƣớc Trong hệ sinh thái nƣớc ngọt, thƣờng có tảo lục, tảo lam hay tảo giáp nƣớc thƣờng đổi màu xanh Tảo loài thực vật phù du, đơn bào, đƣợc mơ tả cơng thức: (CH2O)106(NH3)16H3PO4 Từ tảo đƣợc cấu tạo từ nguyên tố chính: C, N, P, O, H Công thức cho thấy tỉ số N:P = 16:1 Giá trị biểu thị lƣợng cần thiết N P tạo nên rong tảo, từ xác định đƣợc yếu tố yếu tố hạn chế tiềm phát triển rong tảo Khi N:P >16 P trở thành yếu tố giới hạn Ngƣợc lại, N:P