Ký hiệu C1-1 C1- 2 C1- 3 C1- 4 C1-5 C2 C3 Vị trí cột và độ sâu từ mặt thống Cột 1, độ sâu 1m Cột 1, độ sâu 0,8m Cột 1, độ sâu 0,6m Cột 1, độ sâu 0,4m Cột 1, độ sâu 0,2m Cột 2, độ sâu 0,8m Cột 3, độ sâu 0,8m
Tùy thuộc vào điều kiện ở mỗi cột thí nghiệm, các q trình vật lý, hóa học, sinh học sẽ xảy ra để chuyển hóa chất ơ nhiễm, thực hiện q trình tự làm sạch nguồn nước.
2.5.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sơng trong mơ hình
- Tại hiện trường, thực hiện đo nhanh các thông số: nhiệt độ, pH, DO. Đồng thời phân tích các thơng số: COD, NH4+, NO3-, tổng P trong phịng thí nghiệm. Nhằm mục đích đánh giá chất lượng nước đầu vào cho mơ hình và xác định các thơng số cần đánh giá khả năng tự làm sạch.
- Nước sông Nhuệ được đưa vào ba cột của mơ hình rồi lấy và phân tích các thơng số: nhiệt độ, pH, DO, COD, NH4+, NO3-, tổng P theo thời gian với tần suất 1 lần/ngày ở 5 độ sâu khác nhau (cột 1) và ở 1 độ sâu cố định (cột 2, 3).
- Mẫu nước nghiên cứu được đánh giá là tự làm sạch khi giá trị thông số bắt đầu nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT - cột B1. Dựa vào kết quả phân tích các thơng số sẽ xác định được thời gian cần thiết để mẫu nước sơng có thể tự làm sạch.
- Để đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sông, chúng tôi sử dụng đại lượng tốc độ tự làm sạch, là số mg chất ô nhiễm mà 1 lit nước sơng có thể tự làm sạch được trong một ngày (mg/l.ngày). Do vậy, cơng thức tính tốc độ tự làm sạch như sau:
Lls = C1 C2 t (2.2) Trong đó: Lls: Tốc độ tự làm sạch (mg/l.ngày);
C1: Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm tại thời điểm ban đầu (mg/l);
C2: Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm nước sông đã tự làm sạch (giá trị thông số bắt đầu đạt giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT - cột B1) (mg/l);
t: Thời gian cần thiết để nước sơng tự làm sạch (ngày).
Sơ đồ quy trình thực nghiệm để đánh giá khả năng tự làm sạch của nước sơng được tóm tắt trong hình 2.5.
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tự làm sạch bằng mơ hình
2.5.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sơng Nhuệ bằng mơ hình hình
Trong phạm vi của luận văn, chúng tôi thực hiện đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của mẫu nước sông Nhuệ trong mơ hình đối với ba thơng số ô nhiễm: COD, NH4+ và tổng P. Sau khi nước sông tự làm sạch các chất ô nhiễm, thêm chất thải giả định vào ba cột để đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sơng ở từng điều kiện thí nghiệm. Chất thải giả định được thêm gồm có: C6H12O6.H2O (đánh giá khả năng tiếp nhận đối với thông số COD), NH4Cl (đánh giá khả năng tiếp nhận đối với thông số NH4+) và KH2PO4 (đánh giá khả năng tiếp nhận đối với thông số tổng P).
Gọi a (mg/l) là số mg chất ô nhiễm được đưa vào 1 lit nước sơng. Thể tích nước trong cột được giữ cố định. Tốc độ tự làm sạch của nước sông là cơ sở để lựa chọn giá trị a.
Giá trị a được lựa chọn đầu tiên là Lls/2 (mg). Tiến hành lấy mẫu từ mơ hình và phân tích các thơng số COD, NH4+ và tổng P tại thời điểm trước khi thêm và sau khi thêm chất thải giả định 24 giờ.
+ Nếu nước đã tự làm sạch, dựa vào khái niệm khả năng tự làm sạch của nguồn nước [2], chứng tỏ nước sơng có khả năng tiếp nhận là:
Ltn = a (mg/l.ngày)
+ Nếu nước khơng tự làm sạch được thì ngừng thêm nước thải giả định và tiếp tục lấy mẫu phân tích với tần suất 1 lần/ngày cho đến khi nước tự làm sạch thì dừng lại. Xác định thời gian cần thiết để nước tự làm sạch sau khi thêm nước thải giả định. Khi đó, khả năng tiếp nhận chất ơ nhiễm của nước sơng được tính tốn theo cơng thức:
Ltn = a
t (2.3)
Trong đó:
Ltn: Khả năng tiếp nhận chất ơ nhiễm, là số mg chất ô nhiễm mà 1 lit nước sơng có thể tiếp nhận trong một ngày (mg/l.ngày);
a: Số mg chất ô nhiễm được thêm vào 1 lít nước sơng (mg/l);
t: Thời gian cần thiết để nước sơng tự làm sạch tính từ thời điểm bắt đầu thêm nước thải giả định (ngày).
Trong trường hợp sau 1 ngày, nước tự làm sạch được, tiếp tục thêm nước thải giả định với nồng độ tăng lên (a = Lls; 2 Lls; 10 Lls…). Giá trị cao nhất có được là khả năng tiếp nhận tối đa của nước sông ở một điều kiện cụ thể.
Phương pháp tính tốn lượng hóa chất cần cân để pha nước thải giả định như sau:
* Tính tốn khối lượng C6H12O6.H2O cần thêm vào để giá trị COD tăng lên a (mg/l)
Mực nước trong 3 cột được giữ cố định ở độ cao 1000 mm.
Thể tích nước trong mỗi cột = π.R2.h = 3,14.(0,1)2.1 = 0,0314 (m3) = 31,4 (l). PTPƯ: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O 2 O m = .31, 4 1000 a (g) => nO2 = .31, 4 1000.32 a (mol) => nC H O6 12 6 = .31, 4 ( ) 1000.32.6 a mol => mC H O H O6 12 6. 2 = .31, 4 1000.32.6 a .198 (g)
* Tính tốn khối lượng NH4Cl cần thêm vào để hàm lượng NH4+ trong cột tăng lên a (mg/l)
Mực nước trong 3 cột được giữ cố định ở độ cao 1000 mm. Thể tích nước trong mỗi cột = 31,4 (l).
N m = .31, 4 1000 a (g) => nN = .31, 4 1000.14 a = nNH Cl4 (mol) => mNH Cl4 = .31, 4 1000.14 a .53,5 (g)
* Tính tốn lượng KH2PO4 cần cân để thêm vào để hàm lượng tổng P trong cột tăng lên a (mg/l)
Thể tích nước trong mỗi cột = 31,4 (l). P m = .31, 4 1000 a (g) => nP = .31, 4 1000.31 a = nKH PO2 4 (mol) => mKH PO2 4 = .31, 4 1000.31 a .136 (g) Phương pháp thực hiện:
- Bổ sung nước cất vào các cột sao cho mực nước là 1m, khuấy đều và lấy mẫu phân tích nước ở các cột trong mơ hình trước khi thêm nước thải giả định.
- Cân các hóa chất: C6H12O6.H2O, NH4Cl và KH2PO4 theo kết quả đã tính tốn, đổ vào mỗi cột. Sau đó khuấy đều để hóa chất được phân bố đồng đều trong các cột.
+ Cột 1 được giữ nguyên ở điều kiện tĩnh.
+ Cột 2 được khuấy đảo bằng cánh khuấy với tốc độ 120 vòng/phút. + Cột 3 được giữ ở điều kiện sục khí với tốc độ 6,0 l/phút.
- Định kỳ sau 24h, lấy mẫu từ mơ hình và phân tích các thơng số: COD, NH4+ và tổng P. Các thông số: nhiệt độ, pH, DO được đo nhanh để kiểm soát vấn đề bất thường trong thí nghiệm.
Sơ đồ quy trình thực nghiệm để đánh giá khả năng tiếp nhận của nước sơng được tóm tắt trong hình 2.6.
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình thực nghiệm đánh giá khả năng tiếp nhận chất ơ nhiễm
bằng mơ hình
2.5.6. Phương pháp phân tích các thơng số chất lượng nước
- Đo đạc các thông số đo nhanh
Thiết bị được sử dụng để đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO được thể hiện trong bảng 2.2: