Nghiên cứu tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của tổ hợp hóa chất khi bổ sung vào nước hồ đô thị ở Hà Nội. Cụ thể là tỷ lệ hóa chất Ca(NO3)2/FeCl3, nồng độ của tổ hợp hóa chất canxi nitrat (Ca(NO3)2), sắt (III) clorua (FeCl3) và đồng (II) sunphat (CuSO4) (4h) và thời gian xử lý.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2021, 15 (4V): 98–108 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP HÓA CHẤT XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ HÀ NỘI QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM Bùi Thị Thủya , Trần Thúy Anhb,∗, Trần Đức Hạb , Nguyễn Danh Tiếnc a Khoa Hóa Mơi trường, Trường Đại học Thủy Lợi, 175 đường Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Viện Nghiên cứu Cấp nước Mơi trường, tầng 19 tịa nhà Ngọc Khánh Plaza, 01 đường Phạm Huy Thông, quận Ba Đình, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08/7/2021, Sửa xong 24/9/2021, Chấp nhận đăng 24/9/2021 Tóm tắt Nghiên cứu tập trung vào đánh giá ảnh hưởng tổ hợp hóa chất bổ sung vào nước hồ thị Hà Nội Cụ thể tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 /FeCl3 , nồng độ tổ hợp hóa chất canxi nitrat (Ca(NO3 )2 ), sắt (III) clorua (FeCl3 ) đồng (II) sunphat (CuSO4 ) (4 ) thời gian xử lý Đối tượng nghiên cứu nước hồ Triều Khúc thí nghiệm tiến hành điều kiện phịng thí nghiệm Phần mềm VISUAL MINTEQ 3.1 sử dụng để xác định có mặt ion hịa tan tổ hợp hóa chất vào nước Các tiêu đánh giá gồm có tổng chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục, nhu cầu oxy hóa học (COD) Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất cải thiện chất lượng nước hồ đạt giá trị tối ưu cho tổ hợp hóa chất Ca(NO3 )2 /FeCl3 = 1:1 (v/v) nồng độ 0,5 M khoảng thời gian xử lý Trong điều kiện này, hiệu xử lý TSS, độ đục, COD ∼ 77%, ∼ 82% 85% Kết từ nghiên cứu khẳng định việc sử dụng tổ hợp hóa chất bao gồm Ca(NO3 )2 FeCl3 bổ sung CuSO4 (4 ) giải pháp hiệu kiểm soát chất lượng nước hồ thị Hà Nội Từ khố: phú dưỡng; cải thiện chất lượng nước hồ; canxi nitrate; sắt (III) clorua; xử lý hóa chất RESEARCH IN LAB SCALE ON THE ADDITION OF CHEMICAL COMBINATIONS FOR TREATMENT OF HANOI URBAN LAKE WATER POLLUTION Abstract This research focused on assessing the effects of chemical combinations when adding them to Hanoi urban lakes We particularly evaluated the appropriate concentration of calcium nitrate Ca(NO3 )2 , iron (III) chloride FeCl3 and copper (II) sulfate CuSO4 (4 ), the ratio of Ca(NO3 )2 /FeCl3 , and the treatment time The object of the study was Trieu Khuc Lake and the experiments were conducted under laboratory conditions Water quality parameters were assessed including total suspended solids (TSS), turbidity, chemical oxygen demand (COD), and algae density The results showed that the treatment efficiency reached the highest value when adding Ca(NO3 )2 /FeCl3 ratio (v/v) of 1:1 with the concentration of chemicals 0.5 M and the treatment time of hours Under that condition, the removal efficiencies of TSS, turbidity, COD and the reduction of algal density were approximately 77%, 82%, 85%, and 56%, respectively Therefore, the combination of calcium nitrate, iron (III) chloride under the addition of copper (II) sulfate will be an effective solution to ameliorate water quality of Hanoi urban lakes Keywords: eutrophication; lake water quality improvement; calcium nitrate; iron (III) chloride; chemical treatment https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(4V)-10 © 2021 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: anhtt2@nuce.du.vn (Anh, T T.) 98 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Hồ nội có vai trị quan trọng hệ thống nước tạo mơi trường cảnh quan cho thị Hà Nội có 125 hồ 12 quận nội thành [1] Phần lớn hồ tiếp nhận nước mưa nước thải khu vực xung quanh, kết hợp với bùn cặn lắng đọng thời gian dài không nạo vét nên hồ bị phú dưỡng, chế độ oxy chất lượng nước hồ suy giảm dẫn đến ô nhiễm trầm trọng Các hồ chưa tách nước thải mức độ ô nhiễm phần lớn trạng thái α-mesosabrobe [2] Các hồ đô thị Hà Nội hồ nông (sâu từ 1,5 đến 3,5 m), diện tích nhỏ (phần lớn diện tích từ đến ha) với mức độ ô nhiễm cao [3] Để giải tình trạng nhiễm, thành phố Hà Nội có biện pháp cấp thiết hiệu để cải thiện chất lượng nước hồ nội thành như: tách nước thải nạo vét số hồ, thả thảm thủy trúc kết hợp với lắp đặt hệ thống vòi phun nước mặt hồ, [4] Hiện nay, hồ có diện tích từ 0,5 đến 20 Hà Nội chia thành nhóm hồ theo hình thức quản lý kiểm sốt nhiễm hồ khác Nhóm I gồm hồ tách nước thải, có kè bờ nạo vét theo dự án thoát nước Hà Nội Nhóm II gồm hồ kè bờ tách phần nước thải khỏi hồ Nhóm III: hồ chưa tách nước thải chưa nạo vét Do lượng nước thải xả vào hồ khác nên nhóm hồ có thành phần tính chất khác Từ năm 2016, Cơng ty TNHH Thoát nước Hà Nội sử dụng chế phẩm tổ hợp hóa chất oxy hóa khử hợp phần Redoxy-3C để xử lý nhiễm, góp phần cải thiện chất lượng nước cho 86 hồ nội thành [5], phần lớn hồ loại hồ cải tạo tách nước thải Sau xử lý, nhiều hồ số trì chất lượng nước mức B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT Tuy nhiên Redoxy-3C chế phẩm phải nhập từ Cộng hịa Liên bang Đức có giá thành lớn Mặt khác, đặc điểm vật lý, chất lượng nước trầm tích hồ khác nên dùng loại chế phẩm thành phần tổ hợp hóa chất cho tất loại hồ thị khó khăn phức tạp Trước đây, Riplox cs sử dụng tổ hợp hóa chất với FeCl3 , Ca(NO3 )2 hóa chất khác để xử lý ô nhiễm hồ Lillesjon (Thụy Điển), hồ nông rộng 4,2 ha, với kết xử lý ô nhiễm nước hồ đặc biệt ngăn ngừa phú dưỡng kìm hãm photpho liên kết với sắt không cho tái xuất vào nước hồ Sự tạo thành keo từ chất ô nhiễm ion thành phần hóa chất mang điện tích dương hịa tan Ca(NO3 )2 FeCl3 nước thâm nhập ion NO3 – vào bùn lắng, tạo điều kiện cho vi khuẩn phản nitrate hóa ơ-xi hóa chất hữu q trình diễn q trình xử lý [6] Bên cạnh đó, muối đồng sunphat CuSO4 bổ sung vào nước hồ để kìm hãm phát triển tảo phù du thực vật khác Tảo môi trường bị ảnh hưởng hàm lượng Cu2+ gây độc nước dao động từ 0,001 ÷ 4,0 mg/L [7] Trên sở này, nghiên cứu sau tiếp tục triển khai xử lý ô nhiễm số hồ Đức, Thụy Điển, Brazil, [8–11] Tại Việt Nam, Hạ cs (2017) dùng quy trình Riplox kết hợp bổ sung chế phẩm hóa học LOLO-pH104 để thử nghiệm xử lý ô nhiễm nước hồ Hữu Tiệp-B52 (Hà Nội) thuộc nhóm hồ tách phần nước thải trước vào hồ Từ bị ô nhiễm nặng, chất lượng nước hồ cải tạo để đảm bảo mức B1 QCVN 08-MT:2015/BTNMT [12] Như tổ hợp hóa chất quy trình Riplox ứng dụng để xử lý nhiễm hồ thị Các hóa chất tham gia tổ hợp gây nguy hại với môi trường loại thông dụng dễ kiếm thị trường Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng hóa chất quy trình Riplox cho hồ đô thị Việt Nam thực cho hồ (Hồ Hữu Tiệp – B52) Thành phần hóa chất tổ hợp thay đổi sử dụng cho loại hồ, phụ thuộc vào đặc điểm vật lý chế độ thủy lực hồ, tình trạng nhiễm hồ Do đó, cần thêm nghiên cứu tương tự để xây dựng tổ hợp hóa chất thích hợp nhất, tùy theo loại hồ khác nhằm đạt hiệu suất xử lý tốt Từ đó, hướng tới mục tiêu áp dụng rộng rãi tổ hợp hóa chất Riplox để cải thiện chất lượng nước hồ, góp phần bảo vệ môi trường 99 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Nghiên cứu tiến hành phịng thí nghiệm để xây dựng tổ hợp hóa chất quy trình Riplox với mục đích cải thiện chất lượng nước hồ Trong nghiên cứu bước đầu sử dụng tổ hợp hóa chất bao gồm thành phần chính: Ca(NO3 )2 FeCl3 CuSO4 đưa vào lượng nhỏ để ngăn chặn trình phát triển tảo Nghiên cứu áp dụng xử lý quy mơ phịng thí nghiệm cho nước hồ Triều Khúc thuộc nhóm hồ cịn tiếp nhận toàn nước thải từ khu vực xung quanh Đối tượng, phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hồ Triều Khúc, có diện tích khoảng 1500 m2 , thuộc xã Tân Triều, Triều Khúc Hà Nội, có tọa độ 20°58’47”N 105°48’00”E (Hình 1) Hồ tiếp nhận nước thải từ làng nghề Triều Khúc (chủ yếu hoạt động tái chế, thu gom sản phẩm nhựa, sơ chế lông vũ làm phụ liệu may mặc) với ống xả trực tiếp vào hồ Đây hồ chưa cải tạo, lớp bùn trầm tích lắng đọng lớn, không nằm danh sách xử lý ô nhiễm tổ hợp chế phẩm Redoxy-3C Tạp chí nước Khoa học nghệ Xây dựng NUCE 2021 ISSN 2615-9058 Công ty TNHH Thốt HàCơng Nội Hình1.1.Vị Vịtrí tríhồ hồ Triều Triều Khúc map Hình Khúctrên trêngoogle Google Map (Các vị trí xả thải đánh dấu hình ảnh) (Các vị trí xả thải đánh dấu hình ảnh) Bề mặt hồ có cịn tồn đọng nhiều rác thải bị xả thải bừa bãi ý thức người Bề mặt hồdân có cịn nhiều rác tảo thảivàbị bãi thức nước người Bên tồn cạnhđọng đó, hồrất có hàm lượng cácxảchỉthải tiêubừa thông số chấtýlượng hồdân cao Bên cạnh đó, hồ có hàm lượng tảo tiêu thông số chất lượng nước hồ cao so với so với hồ đô thị [1] Với đặc điểm nêu trên, hồ Triều Khúc đại hồ đô thị [1] Với đặc trên, Khúc đạitoàn diệnbộcho thị ởxung Hà Nội tiếp diện chođiểm nhómnêu hồ thị ởhồ HàTriều Nội tiếplà nhận chấtnhóm thải từ hồ mơiđơ trường quanh Vì thế, hồ Triều Khúcxung quanh lựa chọn Vì để thực thí Khúc nghiệmđược nhằm lựa cải thiện nhận tồn chất thải từ mơi trường thế, hồ Triều chọn để thực thôngcải số thiện ô nhiễm củathông nước hồ 2) nước hồ (Hình 2) thí nghiệmcác nhằm số(Hình nhiễm 2.2 Hóa chất thí nghiệm Trong nghiên cứu bước đầu sử dụng tổ hợp hóa chất bao gồm thành phần chính: Ca(NO3 )2 FeCl3 , bên cạnh đó, CuSO4 đưa vào lượng nhỏ đến ngăn chặn q trình phát triển tảo Trong đó: 100 Hình Hiện trạng chất lượng nước hồ Triều Khúc 2.2 Hóa chất thí nghiệm : Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Hiện trạng chất lượng nước hồ Triều Khúc Canxi nitrat Ca(NO3 )2 · H2 O hợp chất muối vô tạo thành liên kết kim loại Ca2+ nhóm NO3 – , khối lượng phân tử 236,149 g/mol Muối có dạng hạt trịn nhỏ khơng màu, hút ẩm mạnh từ khơng khí thường thấy dạng ngậm phân tử nước Có khối lượng riêng 2,504 g/cm3 (khan) nóng chảy 561°C Hồ tan tốt nước, với độ hòa tan nước đạt 1212 g/L 20°C, để ngồi khơng khí dễ bị chảy nước Hóa chất sắt (III) clorua (FeCl3 · H2 O) hợp chất muối vô tạo thành liên kết kim loại Fe3+ nhóm Cl – , khối lượng phân tử 270,33 g/mol Muối có màu cam đến nâu đen, thường thấy dạng ngậm phân tử nước Sắt (III) clorua có khối lượng riêng 1,82 g/cm3 nóng chảy 37°C Sắt (III) clorua hịa tan nước, khơng thể cháy ẩm ướt, ăn mịn nhơm hầu hết kim loại Sắt (III) clorua thủy phân bị ảnh hưởng nhiệt độ và giới hạn pH rộng (từ ∼ 12) Sunphat đồng CuSO4 · H2 O muối vô thạo thành liên kết kim loại Cu2+ nhóm SO4 – , khối lượng phân tử 249,68 g/mol Muối có màu xanh lam, thường thấy dạng ngậm phân tử nước Đồng sunphat có khối lượng riêng 2,284 g/cm3 nóng chảy 150°C Đồng sunphat ngậm phân tử nước hòa tan tốt methanol (10,4 g/L 18°C) 2.3 Tiến hành thí nghiệm a Lấy nước hồ xác định chất lượng nước hồ trước xử lý Nước hồ lấy độ sâu 15 - 20 cm vị trí gần cống xả khu vực chùa đình làng Triều Khúc điều kiện trời quang, không nắng, nhiệt độ môi trường khoảng 20°C, sau mang phịng thí nghiệm Số lượng mẫu lấy ngày khoảng 10 L, thời gian lấy mẫu từ ngày 9/9/2020 đến ngày 20/3/2021 Bình lấy mẫu thể tích L, tráng qua bình đựng lần nước hồ, lấy nước, cho nước chảy đầy miệng chai đậy nắp lại Mẫu nước sử dụng vòng 24 tiếng kể từ lúc lấy Sau lấy nước hồ ban đầu về, tiến hành đo thông số có mẫu nước (pH, COD, độ oxy hòa tan, độ đục) theo phương pháp hành [13] Sau đó, so sánh thơng số hồ Triều Khúc với giá trị giới hạn B1 Quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/ BTNMT nhằm xác định tình trạng chất lượng ban đầu nước hồ [14] Kết so sánh nước hồ Triều Khúc với giá trị giới hạn B1 (Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi mục đích khác) QCVN 08-MT:2015/BTNMT Bảng cho thấy chất lượng nước hồ Triều Khúc trước xử lý bị ô nhiễm chất cặn lơ lửng chất hữu Tổng chất rắn lơ lửng có mẫu nước rơi vào khoảng 80 mg/L cao gần gấp đôi so với quy chuẩn chất lượng nước mặt Bên cạnh đó, nồng độ COD có nước hồ Triều Khúc trước xử lý cao, khoảng 133 mg/L cao gấp 10 lần so với quy chuẩn Hàm lượng COD cao nước hồ Triều Khúc giải thích hồ phải 101 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tiếp nhận lượng nước thải sinh hoạt khu vực dân cư xung quanh Từ số liệu cho thấy, nước hồ Triều Khúc bị ô nhiễm hữu cần có biện pháp để kiểm sốt thông số chất lượng nước Bảng So sánh giá trị đầu vào thông số chất lượng nước hồ Triều Khúc ban đầu với giá trị giới hạn B1 QCVN 08-MT:2015/BTNMT Giá trị Thông số Đơn vị pH Kết so sánh Nước hồ Triều Khúc trung bình (min – max) QCVN 08-MT:2015/ BTNMT [14] 6,8 (5,5 – 7,8) 5,5 – Đạt Tổng chất rắn lơ lửng mg/L 80 (70 – 98) 50 Không đạt COD mg/L 133 (104 – 152) 30 Không đạt Oxy hòa tan mg/L 6,2 (5,5 – 7) ≥4 Đạt Độ đục NTU 150 (133 – 173) - - Ghi chú: Thời điểm lấy mẫu: từ ngày 9/9/2020 đến ngày 20/3/2021; mẫu lấy vào 00 phút, điều kiện thời tiết: trời quang, khơng có nắng, nhiệt độ mơi trường khơng khí khoảng 23°C Số lượng mẫu (đựng bình L): 50 mẫu Vị trí lấy mẫu khu vực gần cống xả chùa Triều Khúc Đình Triều Khúc b Thí nghiệm xử lý nước hồ Thí nghiệm xử lý nước hồ Triều Khúc thực phịng thí nghiệm Kỹ thuật mơi trường, trường Đại học Thủy lợi (Hình 3) Các thí nghiệm thực chế độ tĩnh Mẫu nước lấy chia sang bình định mức tích L Trong nghiên cứu này, tổ hợp hóa chất xử lý xây dựng điều kiện sau: đồng sunphat cố định nồng độ C = ; canxi nitrat sắt (III) clorua cho vào với tỉ lệ nồng độ khác (Ca(NO3 )2 : FeCl3 (v/v)= 1:1; 1:2; 1:3; 1:4; nồng độ hóa chất = 0,1 M; 0,2 M; 0,5 M; M) ; hiệu xử lý đánh giá theo thời gian (1 h, h, h, h) Mỗi mẻ thí nghiệm Hình Hình ảnh thí nghiệm xử lý nước hồ Triều Khúc phịng thí nghiệm Kỹ thuật mơi lặp lại lần, kết thu được biểu trường, trường Đại học Thủy lợi (ảnh chụp ngày diễn dạng trung bình cộng độ lệch chuẩn Sau 20/3/2021) khoảng thời gian xử lý theo mẻ thí nghiệm, phần nước lấy mẫu với thể tích 100 mL để xác định tiêu nồng độ ô-xi hòa tan (DO), tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục, pH, nhu cầu ơ-xi hóa học (COD) mật độ tảo Trong đó, tiêu DO xác định máy đo nồng độ ơ-xi hịa tan Prosolo, model: YSI – 603069; tiêu độ đục xác định máy đo độ đục HACH 2100Q; tiêu TSS xác định phương pháp đo quang thông qua máy HACH DR3900; tiêu COD xác định theo TCVN 6491:1999 [13] Bảng tổng hợp điều kiện thực tiêu đánh giá hiệu xử lý phịng thí nghiệm nước hồ Triều Khúc 102 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Tổng hợp điều kiện thí nghiêm xử lý nước hồ Triều Khúc tổ hợp hóa chất canxi nitrate sắt clorua có mặt đồng sunphat Mơ tả Điều kiện thí nghiệm Xác định tỷ lệ hóa chất tối ưu Xác định nồng độ hóa chất tối ưu Xác định thời gian xử lý tối ưu Tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1; 1:2; 1:3; 1:4; Nồng độ đồng sunphat C = Nồng độ hóa chất Ca(NO3 )2 FeCl3 : C = 0,1 M; Thời gian theo dõi t = h; Chế độ thí nghiệm: tĩnh pH = 6,4 ∼ 7,6 Chỉ tiêu đánh giá: độ đục, TSS, COD Tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 (v/v) = 1:1; Nồng độ đồng sunphat C = Nồng độ hóa chất Ca(NO3 )2 FeCl3 : C = 0,1 M; 0,2 M; 0,5 M; M; Thời gian theo dõi t = h; Chế độ thí nghiệm: tĩnh pH = 6,4 ∼ 7,6 Chỉ tiêu theo dõi: độ đục, TSS, pH, COD Tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1; Nồng độ đồng sunphat C = Nồng độ hóa chất Ca(NO3 )2 FeCl3 : C = 0,5 M; Thời gian theo dõi t = h, h, h, h; Chế độ thí nghiệm: tĩnh pH = 6,4 ∼ 7,6 Chỉ tiêu theo dõi: độ đục, TSS, COD 2.4 Xác định mức độ phân li tổ hợp hóa chất phần mềm Visual MINTEQ Ngồi ra, nghiên cứu cịn sử dụng phần mềm Visual MINTEQ 3.1 để xác định mức độ phân li hóa chất cho vào nước; làm sở để xác định chế xử lý tổ hợp hóa chất q trình xử lý nước hồ Phần mềm Visual MINTEQ sử dụng phương pháp cân điện tích khối lượng để mơ có mặt ion kim loại, xác định độ hòa tan, độ hấp phụ, độ mạnh ion, xác định trạng thái hay pha tồn chất dung dịch, khảo sát cân chất ơ-xi hóa – khử thường gặp, xác định liên kết ion với bề mặt ơ-xít chất hữu thơng qua mơ hình tạo phức [15] Phần mềm áp dụng rộng rãi lĩnh vực hóa học mơi trường cách mơ thành phần hóa chất ảnh hưởng đến chế xử lý trình Tuy nhiên, để đảm bảo độ tin cậy kết xuất từ phần mềm, điều kiện biên cần mô tả chi tiết xá Ngồi ra, số hợp chất hóa học hữu phức tạp khơng có danh lục hóa chất phần mềm, địi hỏi người sử dụng phải thiết lập ngân hàng/danh sách hóa chất riêng Trong nghiên cứu này, để áp dụng phần mềm Visual MINTEQ, thông số đầu vào thiết lập cách chọn ion Ca2+ , NO3 – , Fe3+ , Cl – thư mục component name đưa vào danh sách ion thêm vào nước qua thư mục “add to list” Các điều kiện biên dùng để xác định mức độ phân li tổ hợp hóa chất hịa tan nước bao gồm: nhiệt độ (được thiết lập 25°C), đơn vị nồng độ M, pH chạy khoảng 6,4 đến 7,6 (Hình 4), độ ion dung dịch 103 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tính tốn sau lần chạy Từ kết xuất dạng file excel, số liệu xử lý để xác định có mặt ion hịa tan tổ hợp hóa chất vào nước (Hình 5) Hình Giao diện để nhập thông số đầu vào phần mềm Visual MINTEQ Hình Kết ứng dụng Visual MINTEQ phân tích nồng độ ion có mẫu nước hồ Triều Khúc sau bổ sung tổ hợp hóa chất quy trình Riplox Kết thảo luận 3.1 Kết thí nghiệm Kết nghiên cứu phịng thí nghiệm cho thấy hiệu suất cải thiện chất lượng nước hồ Triều Khúc bị ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 , nồng độ tổ hợp hóa chất cho vào nước thời gian xử lý Các mẻ thí nghiệm (lặp lại lần) nhằm xác định điều kiện tối ưu tổ hợp hóa chất gồm Ca(NO3 )2 , FeCl3 CuSO4 (4 ) thực cho kết thể Hình 6, 7, Theo kết từ Hình 6, điều kiện nồng độ hóa chất cho vào nước hồ đạt 0,1 M, sau khoảng thời gian xử lý h tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1 cho hiệu xử lý lớn với hiệu suất loại bỏ độ đục ∼ 28 ± 1,8%, TSS ∼ 42 ± 2,4% COD ∼ 60 ±1,2% Khi cho FeCl3 vào nước, nước hồ diễn trình keo tụ chất hữu keo tụ lắng xuống Trong thí nghiệm này, nhóm tác giả tăng dần liều lượng FeCl3 tỷ lệ thể tích so với Ca(NO3 )2 để kiểm tra giới hạn nồng độ sắt (III) clorua cần cho keo tụ Với tỷ lệ 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 cho vào, FeCl3 có tác dụng keo tụ cặn hữu nước, COD nước sau xử lý có giảm Khi tăng FeCl3 , FeCl3 gây 104 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Ảnh hưởng tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 (v/v) đến hiệu suất loại bỏ TSS, độ đục COD Hình Ảnh hưởng nồng độ tổ hợp hóa chất đến hiệu suất loại bỏ TSS, độ đục COD Hình Ảnh hưởng thời gian xử lý đến hiệu suất loại bỏ TSS, độ đục COD màu không lắng Mặt khác, điều kiện xáo trộn khơng hồn tồn, dẫn đến FeCl3 cịn lại nước tăng, trình keo tụ bị ảnh hưởng, cặn lơ lửng chất hữu khơng lắng Vì thế, hiệu suất loại bỏ độ đục, TSS COD có xu hướng giảm dần tăng sắt (III) clorua lên Theo kết từ Hình 6, điều kiện tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1, thời gian xử lý h hiệu cải thiện chất lượng nước hồ Triều Khúc đạt giá trị lớn nồng độ tổ hợp hóa chất C ≥ 0,5 M; tương ứng với hiệu suất xử lý độ đục đạt ∼ 68 ± 2,3%, TSS đạt ∼ 74 ± 2% COD đạt ∼ 77 ± 2,2% Theo kết từ Hình 7, thời gian xử lý cho hiệu suất ổn định thông số độ đục, TSS, COD nước hồ Triều Khúc khoảng cho tổ hợp hóa chất với Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1 nồng độ 0,5 M Dựa vào kết thực nghiệm đo thông số chất lượng nước trước sau xử lý cho thấy điều kiện tối ưu trình xử lý chất lượng nước hồ: - Tỷ lệ hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1; - Nồng độ tổ hợp hóa chất Cm = 0,5 M; - Thời gian xử lý t = h 105 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng tổng hợp giá trị thông số thể chất lượng nước hồ Triều Khúc sau bổ sung tổ hợp hóa chất Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1 Cm = 0,5 M thời gian xử lý t = Theo bảng ta thấy, sau q trình xử lý, thông số nước hồ Triều Khúc nằm giới hạn cho phép quy định QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột B1 So với thông số chất lượng nước đầu vào, hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm trung bình 69,31%, độ đục giảm trung bình 81% nhu cầu lượng oxy hóa học giảm trung bình 84,96% Bảng So sánh giá trị thông số chất lượng nước hồ Triều Khúc sau xử lý với giá trị giới hạn B1 QCVN 08-MT:2015/BTNMT Giá trị Thông số Đơn vị Nước hồ Triều Khúc QCVN 08-MT:2015/BTNMT Kết so sánh 7,66 5,5 – Đạt pH Tổng chất rắn lơ lửng mg/L 28 50 Đạt COD mg/L 19,33 30 Đạt Oxy hòa tan mg/L 7,23 ≥4 Đạt Độ đục NTU 18 - - 3.2 Thảo luận chung Trong nghiên cứu này, ứng dụng Visual MINTEQ sử dụng để xác định ion có nước cho hợp chất FeCl3 Ca(NO3 )2 nồng độ định, ví dụ C = 0,5 M theo pH dao dộng từ 6,4 đến 7,6 suốt q trình tiến hành thí nghiệm Sau nhập số liệu tính tốn ứng dụng Visual MINTEQ, xuất file excel bảng số liệu kết Bảng Hình Bảng Bảng nồng độ thành phần hợp chất có mặt cho Ca(NO3 )2 FeCl3 nồng độ 0,5 M theo pH pH 6,4 6,6 6,8 7,2 7,4 7,6 Log nồng độ ion Ca+2 Cl – CaCl+ Fe+3 NO3 – Fe(OH)+2 Fe(OH)2 + Fe(OH)3 CaOH+ CaNO3 + −1,054 −1,043 −1,037 −1,034 −1,032 −1,032 −1,031 −0,822 −0,822 −0,822 −0,822 −0,822 −0,822 −0,822 −0,715 −0,715 −0,715 −0,715 −0,715 −0,715 −0,715 −6,737 −7,054 −7,391 −7,749 −8,127 −8,519 −8,920 −0,074 −0,074 −0,074 −0,074 −0,074 −0,074 −0,074 −2,883 −3,000 −3,137 −3,295 −3,473 −3,664 −3,866 −0,534 −0,452 −0,389 −0,347 −0,324 −0,316 −0,317 −3,602 −3,319 −3,056 −2,814 −2,592 −2,383 −2,184 −7,441 −7,241 −7,041 −6,841 −6,641 −6,441 −6,241 −0,805 −0,805 −0,805 −0,805 −0,805 −0,805 −0,805 Từ Bảng Hình 9, nhận thấy điều kiện pH từ 6,4 đến 7,6, nước tồn thành phần ion Fe(OH)2 + , Fe(OH)2+ , Fe(OH)3 , CaCl+ CaNO3 + Kết mô từ phần mềm Visual MINTEQ cho biết có mặt thành phần ion đóng vai trị đáng kể trình xử lý nước hồ Độ đục TSS giảm đáng kể có mặt FeCl3 tổ hợp hóa chất Khi tổ hợp hóa chất cho vào nước, chất phân li tạo thành ion dạng hòa tan Sự tồn ion yếu tố định đến hiệu suất xử lý q trình Sự có mặt Fe(OH)2 + , Fe(OH)2+ Fe(OH)3 đóng vai trò quan trọng việc kết hợp với chất lơ lửng có mặt nước, tạo thành bơng 106 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Log nồng độ thành phần có mặt nước cho Ca(NO3 )2 FeCl3 vào nước keo có kích thước lớn có khả lắng nhanh Các ion CaCl+ , Fe(OH)2 + , Fe(OH)+2 liên kết với cặn bẩn có điện tích âm nước, tác dụng lực hút tĩnh điện để tạo thành bơng keo Trong đó, Fe(OH)3 kết tủa có điện tích dương có vai trị cầu nối cặn bẩn nước [16] Fe(OH)3 lắng xuống kéo theo chất rắn lơ lửng làm nước Thành phần tổ hợp hóa chất đưa vào bùn đáy Ca(NO3 )2 tan nhiều nước tồn vi khuẩn sử dụng Kết phân tích từ phần mềm Visual MITEQ cho thấy, hòa tan Ca(NO3 )2 vào nước, ion NO3 – CaNO3 + cho chiếm ưu Nitrat ưu tiên làm chất nhận điện tử trạng thái lỏng: dung dịch thâm nhập vào trầm tích dễ dàng hiệu việc thêm oxy vào hypolimnion Đây nguồn oxy để vi khuẩn denitrificans kị khí tùy tiện hơ hấp, thực q trình khử nitrat để oxy hóa chất hữu Trong suốt q trình làm thí nghiệm, không thấy phát sinh mùi hôi chứng tỏ Ca(NO3 )2 ngăn chặn hình thành hydro sunfua (H2 S) thơng qua phản ứng: - Oxy hóa chất hữu cơ: CH2 O + NO3 – + H+ −−−→ N2 + CO2 + H2 O - Oxy hóa chất vơ cơ: S2 – + NO3 – + H+ + H2 O −−−→ SO4 – + N2 + OH – Với kết hợp tổ hợp hóa chất gồm thành phần FeCl3 Ca(NO3 )2 , chất lượng nước hồ Triều Khúc cải thiện Tuy nhiên, kết ban đầu bước đầu chứng minh hiệu tổ hợp hóa chất điều kiện thí nghiệm nước hồ sau xử lý Để áp dụng tổ hợp hóa chất xử lý cho hồ đô thị cần tiến hành thêm nghiên cứu đánh giá đặc điểm lớp bùn cặn trầm tích mật độ tảo sau xử lý [17–19] Kết luận - Đối với hồ Triều Khúc thuộc nhóm hồ thị chưa nạo vét tiếp nhận toàn nước thải từ khu vực xung quanh, điều kiện tối ưu phịng thí nghiệm tỷ lệ thể tích hóa chất thuộc tổ hợp Riplox Ca(NO3 )2 : FeCl3 = 1:1 nồng độ 0,5 M với thời gian xử lý t = h Với điều kiện nêu trên, hiệu xử lý tiêu chất lượng nước độ đục đạt ∼ 82%, TSS đạt ∼ 77%, COD đạt ∼ 85% 107 Thuy, B T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - Kết hợp với kết nghiên cứu trước áp dụng quy trình Riplox hồ Hữu Tiệp (thuộc nhóm hồ nạo vét tiếp nhận phần nước thải) cho thấy việc sử dụng tổ hợp hóa chất bao gồm Ca(NO3 )2 FeCl3 bổ sung CuSO4 giải pháp hiệu kiểm sốt chất lượng nước hồ thị - Các kết trình bày báo dừng lại quy mơ phịng thí nghiệm để bước đầu đánh giá hiệu xử lý ô nhiễm nước hồ đô thị Hà Nội quy trình Riplox Tuy nhiên để đánh giá hiệu ứng dụng tổ hợp hóa chất Riplox cho hồ thị cần nghiên cứu tiếp tục chế trình liên quan (như q trình liên kết photpho, hơ hấp kị khí nhờ nitrat, ) trầm tích đáy hồ xác định liều lượng CuSO4 hợp lý, tránh ảnh hưởng không mong muốn đến hệ sinh thái loài thủy sinh vật Ngoài ra, việc nghiên cứu hiệu giảm phú dưỡng nước hồ đô thị (chlorophyll a, mật độ tảo, số TSI) cần đưa vào nghiên cứu giai đoạn Tài liệu tham khảo [1] Cơng ty TNHH Thốt nước Hà Nội (2016) Báo cáo đánh giá hiệu xử lý nước chế phẩm Redoxy3C số hồ Hà Nội [2] Nguyên, N X., Hạ, T Đ (2004) Chất lượng nước sông hồ bảo vệ môi trường nước Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội (2016) Đề án cải tạo, bảo tồn xây dựng hồ thị theo quy hoạch nước Thủ Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050; đề xuất dự án ưu tiên giai đoạn 2015-2016 [4] Hạ, T Đ (2009) Làm giàu oxy qua đập tràn hồ Yên Sở Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 3(2) [5] Hạ, T Đ (2018) Phú dưỡng bồi lắng hồ chứa nước cấp sinh hoạt Cấp thoát nước, 3(119):43–47 [6] Ripl, W (1976) Biochemical oxidation of polluted lake sediment with nitrate: a new lake restoration method Ambio, 132–135 [7] Hạ, T Đ (2016) Hồ thị: Kiểm sốt ô nhiễm quản lý kỹ thuật Nhà xuất Xây dựng [8] Ripl, W., Lindmark, G (1978) Ecosystem control by nitrogen metabolism in sediment Vatten [9] Willenbring, P R., Miller, M S., Weidenbacher, W D (1984) Reducing sediment phosphorus release rates in Long Lake through the use of calcium nitrate Lake and Reservoir Management, 1(1):118–121 [10] Wauer, G., Gonsiorczyk, T., Casper, P., Koschel, R (2005) P-immobilisation and phosphatase activities in lake sediment following treatment with nitrate and iron Limnologica, 35(1-2):102–108 [11] Yamada, T M., Sueitt, A P E., Beraldo, D A S., Botta, C M R., Fadini, P S., Nascimento, M R L., Faria, B M., Mozeto, A A (2012) Calcium nitrate addition to control the internal load of phosphorus from sediments of a tropical eutrophic reservoir: Microcosm experiments Water Research, 46(19):6463– 6475 [12] Hạ, T Đ., Xing, J., Minh, N V., Anh, V T., Tuấn, P (2017) Cải thiện chất lượng môi trường nước hồ đô thị phương pháp Riplox kết hợp chế phẩm hóa học Lolo-pH 104 Tạp chí Mơi trường, 1:6–10 [13] TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Chất lượng nước - xác định nhu cầu oxy hoá học [14] QCVN 08-MT:2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước mặt Bộ Tài nguyên Môi trường [15] Gustafsson, J P Visual MINTEQ 3.1 Truy cập ngày 26/6/2021 [16] Bui, T T., Nguyen, D C., Han, M (2019) Average size and zeta potential of nanobubbles in different reagent solutions Journal of Nanoparticle Research, 21(8) [17] Perrow, M R., Davy, A J (2002) Handbook of Ecological Restoration Cambridge University Press [18] Cooke, G D., Welch, E B., Peterson, S., Nichols, S A (2016) Restoration and Management of Lakes and Reservoirs CRC Press [19] Hickey, C W., Gibbs, M M (2009) Lake sediment phosphorus release management—Decision support and risk assessment framework New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research, 43(3):819– 856 108 ... nhiên, kết ban đầu bước đầu chứng minh hiệu tổ hợp hóa chất điều kiện thí nghiệm nước hồ sau xử lý Để áp dụng tổ hợp hóa chất xử lý cho hồ ? ?ô thị cần tiến hành thêm nghiên cứu đánh giá đặc điểm lớp... Như tổ hợp hóa chất quy trình Riplox ứng dụng để xử lý nhiễm hồ thị Các hóa chất tham gia tổ hợp gây nguy hại với mơi trường loại thông dụng dễ kiếm thị trường Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng hóa. .. thế, hồ Triều chọn để thực thôngcải số thiện ô nhiễm củathơng nước hồ 2) nước hồ (Hình 2) thí nghiệmcác nhằm số(Hình nhiễm 2.2 Hóa chất thí nghiệm Trong nghiên cứu bước đầu sử dụng tổ hợp hóa chất