CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.4 Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông
1.4.3 Các biện pháp giảm thiể uô nhiễm chất hữu cơ
1.4.3.1 Tách nước thải và nước mưa đợt đầu khỏi sông
Khi xả vào sông các loại nước thải đô thị sẽ gây lắng cặn, ô nhiễm hữu cơ làm thiếu hụt oxy, gây phú dưỡng và độc hại đối với nguồn nước. Vì vậy, các loại nước thải này cần được tách khỏi sông hoặc phải được xử lý đáp ứng yêu cầu vệ sinh mới được xả vào sông hồ. Nước mưa từ các khu dân cư, đô thị và khu công nghiệp cuốn trôi các chất bẩn trên bề mặt và khi chảy vào sông, hồ sẽ gây nhiễm bẩn thuỷ vực. Ngoài nước thải, nước mưa đợt đầu trong khu vực đô thị cũng cần phải tách khỏi sơng. Bộ phận cơng trình chính để tách nước thải và nước mưa ra khỏi sông là đập tràn tách nước. Về mùa khô cũng như khi mưa nhỏ, nước trong cống không thể vượt qua đập tràn để chảy vào sông. Nước thải và nước mưa đợt đầu theo tuyến cống bao chảy ra mương thoát nước hoặc về trạm xử lý nước thải tập trung. Khi mưa to có thể một lượng cát trên bề mặt chảy vào cống nước mưa.
1.4.3.2 Xử lý nước thải trước khi xả vào sông
Trong trường hợp đặc biệt, khi tổ chức thoát nước phân tán, nước thải được xử lý đáp ứng các quy định về vệ sinh môi trường và phù hợp với khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận sẽ được xả vào hồ. Sơ đồ tổ chức thoát nước và xử lý nước thải như thế sẽ có hiệu quả kinh tế cao do giảm được kinh phí đầu tư xây dựng các tuyến cống thoát nước thải. Mặt khác, về mùa khô khi độ bốc hơi từ mặt nước hồ lớn, nước thải được làm sạch sẽ thường xuyên bổ cập để duy trì mực nước, đảm bảo cảnh quan đô thị. Tổ chức thoát nước với trạm xử lý nước thải hồ Trúc Bạch (Hà Nội) là một ví dụ điển hình của ngun tắc này.
Đối với các trạm xử lý nước thải lưu vực sông hồ, các yêu cầu xử lý tập trung vào giảm hàm lượng cặn lơ lửng, BOD, các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho …đến mức giới hạn cho phép nhằm duy trì chế độ oxy cũng như hạn chế nguy cơ phú dưỡng và xuất hiện bệnh dịch hồ.
Các phương pháp xử lý nước thải lưu vực hồ có thể là xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo hoặc xử lý hố học. Sơ đồ cơng nghệ, cấu tạo và chế độ vận hành
các cơng trình trạm xử lý nước thải phụ thuộc loại nguồn tiếp nhận. Khi xây dựng các trạm xử lý nước thải trong khu vực hồ đô thị, điểm cần lưu ý là đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trường và cảnh quan. (Ngoại trừ Kim Liên, Trúc Bạch xử lý tại nguồn thì Yên Sở là trạm xử lý sau khi thu gom, NTSH vẫn đc vận chuyển qua hệ thống kênh cấp I – các sơng nội đơ)
1.4.3.3 Tăng cường q trình tự làm sạch trong sông
Tự làm sạch là tổ hợp các quá trình tự nhiên như các quá trình thuỷ động lực, hoá học, vi sinh vật học, thuỷ sinh học, diễn ra trong nguồn nước mặt bị ô nhiễm bẩn nhằm phục hồi lại trạng thái chất lượng nước ban đầu. Như vậy, tự làm sạch bao gồm các quá trình vật lý pha lỗng nước sơng với nước thải, làm giàu oxy cho hồ và quá trình sinh học, hố học chuyển hố các chất ô nhiễm trong sơng.
Tăng cường q trình pha lỗng nước sơng với nước thải
Nước thải xả vào sông phải đáp ứng các yêu cầu: không ảnh hưởng đến môi trường cảnh quan khu vực và hiệu quả xáo trộn là tốt nhất. Như vậy nước thải phải được xả ngập và nên xả có áp. Có thể dùng loại miệng xả như cống xả ejectơ, cống xả phân tán…để làm xáo trộn đều nước thải với nước sông hồ và làm giàu oxy cho nguồn nước.
Tăng cường pha loãng nước nguồn với nước thải bằng biện pháp bổ cập nước
sạch
Chất lượng nước trong phụ thuộc vào hai yếu tố: tải trọng chất bẩn và lưu lượng nước. Để có được nồng độ chất ơ nhiễm tại điểm tính tốn sau khi tiếp nhận nước thải nằm trong giới hạn cho phép phải bổ sung thêm nước sạch từ thuỷ vực khác. Một số đề xuất như: dùng nước hồ Yên Sở sau khi làm sạch để thau rửa sông Sét và sông Kim Ngưu, dùng nước hồ Tây để thau rửa, làm sạch mương Thuỵ Khê ở Hà Nội; kết nối các hồ thành chuỗi trong để sử dụng nước hồ phía trước đã được làm sạch để pha loãng nước cho các hồ phía sau (ví dụ: chuỗi hồ Bình Minh, Hào Thành, Bạch Đằng… tại Hải Dương)
Làm giàu oxy
Quá trình tự làm sạch sơng nội đơ có thể được tăng cường bằng biện pháp làm thoáng nhân tạo hay là cấp oxy cưỡng bức. Quá trình này sẽ bổ sung thêm oxy để vi khuẩn tiếp tục oxy hoá các chất hữu cơ theo nước chảy vào hồ. Cơ chế oxy hoá các chất trong hồ giống như cơ chế tự oxy hoá, tuy nhiên nó cịn kèm theo hàng loạt các phản ứng khác, hỗ trợ cho quá trình phục chất lượng nước sau khi tiếp nhận nước thải. Hiện nay có nhiều biện pháp làm thống nhân tạo để cấp oxy cho nguồn nước. Đó là các biện pháp động học, cơ khí, thuỷ động lực học, khí nén hoặc biện pháp tổng hợp bao gồm các q trình sục khí, khuấy trộn…
Tăng cường q trình chuyển hố các chất ô nhiễm trong sông bằng thực vật
thuỷ sinh
Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở quá trình chuyển hoá vật chất trong hệ sinh thái thủy vực thông qua chuỗi thức ăn. Trong môi trường nước, tảo và các thực vật thuỷ sinh tạo nên nanưg suất sơ cấp của thuỷ vực. Chúng hấp thụ nitơ (NH4 , NO3...) , phốt pho, carbon để sinh trưởng. Thực vật thuỷ sinh có vai trị rất quan trọng trong việc tham gia loại bỏ các chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng , nitơ, phốt pho, các kim loại nặng, các tác nhân gay bệnh. Tuỳ thuộc vào đặc điểm của nước thải và nước hồ mà người ta sử dụng các loại thực vật thuỷ sinh như thế nào cho phù hợp. Để xử lý nước thải người ta thường dùng các loại thực vật nổi như bèo lục bình, bèo ong…
Tăng cường q trình chuyển hố các chất ô nhiễm trong sông hồ bằng chế phẩm sinh học
Nhiều nghiên cứu của Viện Công nghệ sinh học, Viện Công nghệ Môi trường, Khoa sinh học trường Đại học tự nhiên, Viện Khoa học và kỹ thuật môi trường (trường Đại học Xây dựng…) cho thấy trong các hồ đô thị có nhiều chủng loại vi sinh vật có khả năng sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng và nhờ vậy sinh khối của chúng tăng lên. Các vi sinh vật này được sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ dư
thừa và gây độc trong môi trường nước. Năm 2009, PGS.TS Tăng Thị Chính được Sở KHCN Vĩnh phúc giao đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý ô nhiễm và làm sạch các ao hồ, kênh mương do ô nhiễm từ nước thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, nước thải làng nghề bằng chế phẩm hữu cơ trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc", đã sử dụng thành công chế phẩm vi sinh Biomix 2 kết hợp với chế phẩm LTH100 của Công ty Cổ phần xanh, Khu cơng nghệ Cao Láng Hồ Lạc để xử lý nước ao hồ bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và nước thải từ quá trình tái chế nhựa tại thôn Đông Mẫu, xã Yên Đồng, huyện Yên Lạc, Vĩnh Phúc.
Chế phẩm sinh học Sagi Bio2 dùng cho các cơng trình xử lý nước thải giàu hữu cơ hiếu khí, thiếu khí và ao hồ bị ô nhiễm hữu cơ nhằm thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ chất thải hữu cơ làm sạch môi trường nước. Các chế phẩm vi sinh Sagi Bio đã được Tổng Cục môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp phép chế phẩm sinh học được sử dụng trong xử lý môi trường tại Việt Nam và được chuyển giao cho doanh nghiệp để sản xuất và thương mại hóa trên thị trường.
1.4.3.4 Giảm thiểu nguồn ơ nhiễm từ tầng đáy và bùn cặn
Nạo vét lịng sơng
Biện pháp này thường chỉ áp dụng cho các sông hồ nhỏ, đặc biệt là các sông hồ nội thành. Vấn đề lớn nhất của giải pháp này là việc xử lý bùn cặn nạo vét và dễ gây ra hiện tượng phốt pho tái hoà nhập tức thời vào nước lớn, làm thay đổi môi trường thuỷ sinh. Chi phí cho giải pháp này thường cao. Điều kiện lý tưởng để áp dụng phương pháp này là trường hợp không yêu cầu bảo vệ thuỷ sinh trong q trình nạo vét. Khi đó nước sơng hồ sẽ được tháo cạn, toàn bộ bùn đáy được nạo vét bằng các thiết bị cơ giới.
Sông Tô Lịch được nạo vét định kỳ nhưng do lượng chất thải tiếp nhận vẫn q nhiều nên dịng sơng vẫn bị ơ nhiễm nặng. Phương tiện máy móc được sử dụng phần lớn trong các cộng đoạn nạo vét lịng sơng và khơi thơng dịng chảy thế nhưng có nhiều đoạn sơng công nhân phải trực tiếp thực hiện dưới dòng nước đen ngòm bốc mùi hơi thối.
Hình 1.5: Hình ảnh nạo vét sơng Tơ Lịch
Thay nước tầng đáy
Nước tầng đáy thường nghèo oxy và giàu chất dinh dưỡng do quá trình lắng và bổ sung từ bùn đáy. Biện pháp này nhằm bổ sung oxy cho tầng đáy và giảm lượng dinh dưỡng trong nước. Nước tuần hoàn trở lại tạo điều kiện xáo trộn, phá vỡ sự phân tầng, tạo chế độ động trong sơng hồ.
Thơng khí tầng đáy
Khi nguồn nước bị ô nhiễm, một trong những biểu hiện là thiếu oxy hoà tan trầm trọng, đặc biệt ở tầng đáy. Trong kỹ thuật thơng khí tầng đáy, khối nước nghèo oxy ở tầng đáy được thiết bị hút lên và trải đều trên mặt thoáng. Do được tiếp xúc trực tiếp với khơng khí giàu oxy nên hiệu quả trao đổi oxy hơn hẳn các phương pháp khác. Oxy hoà tan được phân bố đều khắp nguồn nước nên quá trình tự làm sạch của nước hồ diễn ra mạnh, vi khuẩn hiếu khí phát triển hạn chế sự phát triển của tảo. Ngồi ra các khí độc H2S, NH3, CH4 ở tầng nước đáy được đưa lên và khuyếch tán vào khơng khí. Khi đưa lên mặt thoáng, nước được sát trùng loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh bởi tia cực tím của mặt trời. Tầng đáy được thơng khí sẽ kích thích vi sinh vật hiếu khí, động vật bậc thấp tầng đáy phát triển, giảm lượng bùn đáy, độ pH nước tăng tạo điều kiện chuyển hoá phốt pho (P) thành dạng khơng hồ tan, thuỷ phân lắng tụ kim loại nặng…Tải lượng ô nhiễm mà nguồn nước có thể chịu được cao hơn, chất lượng nước hồ được cải thiện.
1.5 Tổng quan xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng phương pháp sục khí 1.5.1 Cơ sở khoa học 1.5.1 Cơ sở khoa học
Trước hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ tại các sông thuộc Tp. Hà Nội, việc xây dựng các hệ thống xử lý nước thải tập trung hay quản lý chất lượng nước đầu ra từ các khu sản xuất, kinh doanh, dịch vụ tập trung hay hộ gia đình, cá nhân là hết sức khó khăn. Nghiên cứu trước đây của UBND TPHN (2005) đã đề xuất việc áp dụng biện pháp Bán sục khí cưỡng bức để xử lý ơ nhiễm cho một số hồ ở nội thành TPHN. Tuy nhiên vào thời điểm trước đây, việc áp dụng biện pháp sục khí cưỡng bức để xử lý ô nhiễm tại các hồ không được áp dụng là do chưa đủ cơ sở khoa học để áp dụng vào thực tế.
Nước sông Tô Lịch ô nhiễm chủ yếu bởi loại hình nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội, giá trị pH dao động trong khoảng trung tính đến kiềm nhẹ. Nồng độ oxy hịa tan trong nước sơng Tô Lịch rất thấp, giá trị pH và DO của nước sơng Tơ Lịch khơng có sự chênh lệch nhiều trong hai mùa. Kết quả các nghiên cứu cho thấy, các thông số như COD, BOD5 có mối liên quan chặt chẽ với hàm lượng oxy có trong nước. Việc nâng cao hàm lượng oxy trong nước sông cũng sẽ làm giảm độ thiếu hụt về nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), vì vậy cũng sẽ làm giảm lượng CHC. Nồng độ oxy hòa tan trong nước bị chi phối bởi các yếu tố điển hình là nhiệt độ và áp suất, trong đó yếu tố nhiệt độ là yếu tố rất khó kiểm sốt trong các hệ hở. Vì vậy, trong trường hợp muốn cải thiện hiệu suất của q trình hịa tan oxy vào nước thường có thể lựa chọn phương án thay đổi áp suất sục khí, đạt được khi tiến hành sục khí ở các độ sâu khác nhau so với bề mặt của khối nước.
1.5.2 Thí nghiệm sử dụng cơng nghệ sục khí 1.5.2.1 Cơ sở khoa học của hệ thống sục khí 1.5.2.1 Cơ sở khoa học của hệ thống sục khí
Cơ sở của thí nghiệm này dựa trên định luật Henry áp dụng cho chất khí, định luật phát biểu như sau: Ở một nhiệt độ khơng đổi, độ hịa tan của chất khí vào trong chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của chất khí đó. Cơng thức tổng quát của định luật có dạng.
Si = H Pi
Trong đó: H – Hằng số Henry, phụ thuộc vào nhiệt độ Pi – Áp suất riêng phần của khí i
Si – Độ hịa tan của chất khí i
Đối với một chất khí được xem là lý tưởng, mối tương quan giữa các đại lượng áp suất, thể tích, nhiệt độ và số mol được thể hiện thơng qua phương trình khí lý tưởng có dạng:
pV = nRT Trong đó: p – Áp suất chất khí (atm)
V – Thể tích chất khí (L)
n – số mol của chất khí (mol)
R – Hằng số khí lý tưởng, có giá trị 0,082 (L.atm mol.K⁄ ) T – Nhiệt độ chất khí (oK)
Rõ ràng, khi các yếu tố thể tích và nhiệt độ khơng đổi, số mol khí sẽ biến đổi tỷ lệ thuận với áp suất của chất khí đó. Khi áp suất sục khí tăng lên, lượng mol chất khí cũng tăng tỷ lệ, từ đó thúc đẩy q trình hịa tan oxy vào nước tốt hơn.
1.5.2.2 Mơ hình hệ thiết bị sục khí quy mơ PTN
Cả 3 cột nước đại diện cho 3 mô đun trong nghiên cứu sẽ cùng được nạp đầy nước để đạt được chiều cao cột nước là 4 m, cài đặt trên 3 mô đun cùng một lưu lượng sục khí thơng qua các lưu lượng kế có van điều chỉnh; điểm khác nhau giữa 3 mơ đun chính là ở độ sâu sục khí. Mơ đun thứ nhất sẽ được sục khí ở độ sâu lớn nhất (tầng đáy), ngập phía dưới mặt nước một khoảng là 4 m; mơ đun thứ hai được sục khí ở độ sâu trung bình (tầng giữa), ngập dưới mặt nước một khoảng 2 m và mô đun thứ ba được sục ở tầng mặt với độ sâu ngập nước là 0,25 m. Việc áp dụng sục
khí tại ba độ sâu khác nhau nhằm mục đích nghiên cứu, khảo sát mức độ ảnh hưởng của áp suất sục khí tăng cường đến khả năng hịa tan oxy vào nước.
Hình 1.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm sục khí cưỡng bức theo độ sâu
Nguồn: Báo kinh tế môi trường, 2019 [25]
Lưu lượng sục khí áp dụng cho cả 3 mô đun là như nhau và được kiểm soát nhờ van điều tiết trên các lưu lượng kế, cụ thể trong thí nghiệm này mức lưu lượng áp dụng lên 3 mô đun là 50 lít/giờ. Theo dõi hoạt động của 3 mơ đun liên tục trong khoảng thời gian 2 ngày, tiến hành đo nhanh giá trị DO và lấy mẫu phân tích COD sau các khoảng thời gian 2; 4; 6; 8; 12; 16; 20; 30 và 48 giờ kể từ lúc bắt đầu vận hành hệ thí nghiệm. Khi tiến hành xác định nhanh giá trị DO bằng máy đo cầm tay, máy thổi khí sẽ được tạm dừng trước thời điểm đo và lấy mẫu khoảng 15 phút. Tiến hành lấy mẫu cả ở tầng mặt và tầng đáy của cột nước; sau mỗi lần lấy mẫu sẽ bổ sung thêm một lượng vừa đủ với lượng nước thải đã bị thất thoát để tránh làm thay