5 Nts 10TCN 377-99: Ntổng số – Phương pháp Kjeldahl
3.5. Mô hình dự báo khả năng hình thành sunfua trên sông Tô Lịch
Các mô hình dự báo khả năng hình thành sunfua trong hệ thống cống phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm CHC, SO42-, T, và thời gian lưu [44]. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đã khảo nghiệm các công thức dự báo sự hình thành sunfua trong HTTN thải được công bố trong giai đoạn trước đây đã cho thấy các công thức dự báo khả năng hình thành sunfua là không phù hợp khi áp dụng ở các vùng khí hậu khác nhau. Các phương trình thực nghiệm này có rất ít mối liên hệ giữa công thức dự báo với cơ chế hình thành sunfua, và sự phát triển của mỗi công thức nói trên được dựa trên dữ liệu có phạm vi khá hạn chế về điều kiện hoạt động [66].
Nhìn chung các phương trình này chỉ thích hợp cho dự báo sự hình thành sunfua trong HTTN đường ống và cần phải có khảo nghiệm sự phù hợp với đặc điểm và tính chất của từng HTTN thải [61].
Harlina và nnk (2011) đã dựa trên cơ sở mô hình dự báo do Hvitved- Jacobsen (1988) đưa ra để xác định lại các hệ số phù hợp với điều kiện và đặc trưng của HTTN thải ở Malaysia [61, 69]. Các công thức được xây dựng cho hệ thống cống không áp có thể áp dụng cho các hệ thống kênh hở khi chuyển đổi các thông số vật lý đặc trưng của đường ống cống sang các thông số đặc trưng của kênh hở. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất của công thức này là việc áp dụng nhiều hệ số, do vậy phạm vi áp dụng sẽ bị hạn chế ngay cả khi áp dụng cho các hệ thống đường ống cống thoát nước ở các vùng miền có điều kiện khí hậu khác nhau. Do vậy, trong điều kiện kênh hở các công thức dự báo trước đây là không phù hợp để dự báo sự hình thành sunfua trong HTTN thải như điều kiện ở TPHN bởi những lý do:
x Trong điều kiện kênh hở, nước thải có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường (không khí) do trao đổi của khí H2S, ảnh hưởng của nhiệt độ và các loại khí khác như O2, CO2, CH4... giữa không khí và nước thải. Sự chuyển pha của các loại khí nói trên từ pha lỏng sang pha khí phù hợp với lý thuyết màng kép [90, 91];
x Do điều kiện kênh hở nên có sự kết nối dễ dàng của các dòng thải nhánh đổ vào tùy theo dạng địa hình, vì vậy trên các kênh hở thường có nhiều nguồn
113
thải bổ sung. Trên sông Tô Lịch có hơn mười cửa xả, và hàng trăm cống xả nhỏ thải vào sông này [15, 74, 148]. Do đó, chất lượng nước trên sông Tô Lịch (kênh hở) bị thay đổi liên tục vì bị ảnh hưởng của việc xả nước thải bổ sung, cũng như ảnh hưởng của thời gian lưu của nước thải;
x Do tính đến phân tầng của nước thải trong các kênh hở về nhiệt độ và Ehtrong bề mặt của nước thải thường cao hơn so với lớp dưới cùng.
Hàm lượng sunfua trong nước sông Tô lịch có mối quan hệ khá chặt chẽ với hàm lượng các CHC (biểu thị thông qua tương quan với các thông số COD và BOD5), hàm lượng sunfat và điều kiện môi trường nước thải như: Nhiệt độ, pH, Eh và có sự biến động theo mùa [102]. Do vậy có thể sử dụng các thông số này để dự báo khả năng hình thành sunfua trong nước trên sông Tô Lịch theo mùa.
Nghiên cứu trước đây đã thiết lập mô hình dự báo lượng sunfua được hình thành trong nước sông Tô Lịch dựa trên yếu tố Eh, pH, T và BOD5 theo công thức 3.4, với số mẫu n = 8 và hệ số R2 = 0,9691 [102].
[S] = 0,0063*Eh+0,0427*T–4,371*pH–0,0012* BOD5+31,87 (3.4) Nguồn: Nguyen Huu Huan và nnk, 2013. Mặc dù phương trình 3.4 có hệ số tương quan khá chặt chẽ, nhưng do giá trị dự báo có trọng số phụ thuộc phần lớn (hay bị chi phối chủ yếu) vào giá trị pH và hằng số (a = 31,87). Trong khi đó giá trị pH trong nước sông Tô Lịch chỉ dao động trong phạm vi hẹp, vì vậy cũng làm giảm ý nghĩa ứng dụng của phương trình này.
Dựa trên giá trị Eh và pH của nước sông Tô Lịch quan trắc dao động trong phạm vi thích hợp để hình thành sunfua và sinh khí H2S, và các phân tích về mối quan hệ của các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành sunfua và sinh khí H2S trong nước sông Tô Lịch, luận án đề xuất mô hình dự báo sự hình thành sunfua và sinh khí H2S trong nước sông Tô Lịch (Phương trình 3.5) dựa trên các yếu tố:
- Hàm lượng sunfat (SO42-) với vai trò như nguồn cung cấp lưu huỳnh vô cơ; - Giá trị nhu cầu ô xy sinh học (BOD5) với vai trò đại diện cho lượng CHC dễ
phân hủy có chứa lưu huỳnh;
114
thủy phân CHC chứa đồng thời cả ni tơ và lưu huỳnh (xem phương trình phản ứng 1.19);
- Giá trị nhiệt độ (T 0C) đóng vai trò điều kiện môi trường.
Sử dụng phương pháp hồi quy, luận án đã xây dựng mô hình dự báo sự hình thành sunfua và sinh khí H2S trong nước sông Tô Lịch theo phương trình 3.5, với số mẫu n = 32 và hệ số R2 là 0,8 (Hình 3.36):
[H2S] = 0,231*SO4+0,006*Nts + 0,001*BOD5+0,009*T- 0,337(3.5)
Hình 3.36. Quan hệgiữa hàm lượng H2S dự báo và quan trắc
Trong phương trình 3.5 dự báo tỷ lệ hình thành H2S trong nước sông Tô Lịch thì yếu tố môi trường (nhiệt độ) là yếu tố chi phối nhiều nhất. Theo các nghiên cứu trước đây, ở khoảng giá trị nhiệt độ từ 15 0C đến 38 0C thì nhiệt độ nước cứ tăng 1 0C thì tỷ lệ sunfua hình thành tăng 7 % [125]. Giá trị nhiệt độ nước sông Tô Lịch cũng dao động trong phạm vi này, và là yếu tố chi phối chính đến sự hình thành H2S trong nước sông. Tỷ trọng đóng góp đến sự thay đổi về lượng H2S sinh ra dưới ảnh hưởng của nhiệt độ chiếm khoảng 35,5 % so với tổng lượng H2S hình thành được dự báo. Tiếp theo là nguồn cung cấp lưu huỳnh vô cơ (thông số chỉ thị là SO42-), nguồn cung cấp lưu huỳnh từ CHC có chứa đồng thời cả ni tơ và lưu huỳnh (thông số chỉ thị là Nts) và cuối cùng là CHC dễ phân hủy sinh học có chứa lưu huỳnh (thông số chỉ thị là BOD5), với các giá trị tương ứng lần lượt là 28,1; 22,4; và 14,0 % so với tổng lượng H2S hình thành được dự báo. Như vậy vai trò CHC (bao gồm
115
CHC chứa lưu huỳnh và CHC chứa đồng thời cả ni tơ và lưu huỳnh) đóng góp tới 36,4 % so với tổng lượng H2S hình thành được dự báo (Hình 3.37).
Hình 3.37. Tỷ lệ đóng góp các yếutố chi phối đến lượng H2S hình thành được
dự báo từ mô hình
Vì vậy có thể nói, nguồn lưu huỳnh hữu cơ đóng vai trò chính trong quá trình sinh khí H2S trong nước sông Tô Lịch. Lượng H2S hình thành do nguồn lưu huỳnh hữu cơ chiếm khoảng 56,4 % và lượng H2S hình thành từ nguồn lưu huỳnh vô cơ là khoảng 43,6 % so với tổng lượng H2S được hình thành. Điều này cũng phù hợp với hàm lượng thấp của lưu huỳnh ở dạng SO42- hoà tan trong nước sông Tô Lịch. Các nghiên cứu trước đây của Pomeroy và Bowlous (1946) cũng đã chỉ ra lượng H2S hình thành từ nguồn CHC có chứa lưu huỳnh có thể chiếm tới 46,6 % so với tổng lượng H2S được hình thành trong nước thải [125]. Hay nói cách khác, CHC là yếu tố chi phối chính đến sự hình thành sunfua và CHC có chứa lưu huỳnh là nguồn cung cấp lưu huỳnh chính trong quá trình sinh khí H2S trong nước sông Tô Lịch.
3.6. Phát thải H2S trên sông Tô Lịch 3.6.1. Kiểm định mô hình phát thải H2S