43
2.3 Phương pháp nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn có thể khái quát qua 5 bước
chính:
Bước 1: Thu thập, tham khảo và tổng quan các tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu.
Bước 2: Khảo sát hiện trường và tiến hành lựa chọn khu vực, phạm vi nghiên cứu.
Bước 3: Xác định các vị trí lấy mẫu quan trắc, tiến hành lấy mẫu hiện trường, bảo quản mẫu và tiến hành phân tích trong phịng thí nghiệm.
Bước 4: So sánh hiệu quả xử lý COD bằng hệ thống sục khí và xử lý COD bằng hóa chất Fe.
Bước 5: Tổng hợp số liệu, kết quả phân tích; đánh giá, giải thích và đưa ra kết luận cùng với kiến nghị.
Bước 1 • Thu thập và tổng quan tài liệu
Bước 2 • Khảo sát hiện trường và tiến lựa chọn khu vực nghiên cứu
Bước 3 • Xác định vị trí quan trắc, tiến hành lấy mẫu bảo quản và phân tích
Bước 4 • Lựa chọn phương pháp xử lý COD phù hợp
44
2.3.1 Phương pháp thừa kế có chọn lọc
Chọn lọc các nghiên cứu thực hiện trước đây có liên quan để kế thừa. Thu thập tài liệu về:
- Luận cứ khoa học, định lý, sách giáo khoa, luận văn, luận án, tài liệu chuyên ngành, sách chuyên khảo liên quan đến môi trường đặc biệt là tài nguyên
nước.
- Các số liệu, tài liệu liên quan đến TPHN đã công bố được tham khảo từ các bài báo trong tạp chí khoa học, tập san, báo cáo chuyên đề khoa học ….
- Số liệu quan trắc được thu thập từ các: Sở tài nguyên môi trường Hà Nội, Trung tâm quan trắc môi trường Hà Nội, các công ty môi trường ….
2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu nước quan trắc, phân tích chỉ tiêu ô nhiễm được tiến hành lấy hiện
trường tại 12 vị trí, cụ thể các vị trí được mơ tả trên hình 2.2 và bảng 2.2.
Bảng 2.2: Vị trí lấy mẫu sơng Tơ Lịch
TT Ký hiệu Vị trí lấy mẫu Tọa độ
1 HQV Hoàng Quốc Việt 21o02’45.30” N 105o48’18.97” E
2 CGY Cầu Giấy 21o01’48.81” N 105o48’03.52” E
3 TDH Trần Duy Hưng 21o00’54.06” N 105o48’15.21” E 4 NTS Ngã Tư Sở 21o00’06.04” N 105o48’04.26” E
5 CKD Cầu Khương Đình 20o59’05.71” N 105o48’50.54” E 6 CLU Cầu Lủ 20o58’49.02” N 105o49’09.48” E
7 CDU Cầu Dậu 20o58’13.33” N 105o49’29.25” E
8 TTL Cuối Đập Thanh Liệt 20o57’36.31” N 105o48’45.71” E 9 STL Sau Đập Thanh Liệt 20o57’22.13” N 105o48’34.38” E 10 NTL Ngã ba trước Đập Thanh Liệt 20o57’35.01” N 105o48’48.03” E 11 CVD Cầu Văn Điển 20o57’04.51” N 105o50’39.40” E 12 TYS Trạm bơm Yên Sở 20o57’26.53” N 105o51’30.99” E
45
46
Dụng cụ lấy mẫu được sử dụng phục vụ cho nghiên cứu trong phạm vi luận văn này là thiết bị lấy mẫu kiểu ngang. Mẫu nước phục vụ phân tích chỉ tiêu ơ nhiễm được lấy ở tầng đáy tại các vị trí quan trắc đã được nêu ở trên. Thời điểm lấy mẫu quan trắc cho mùa mưa là ngày 5 tháng 5 năm 2019, tại thời điểm này trời nhiều mây, nắng vừa đến nắng nhẹ, nhiệt độ dao động trong khoảng 26 – 33oC. Đối với mùa khô, mẫu quan trắc được tiến hành lấy vào ngày 30 tháng 11 năm 2018, đặc trưng thời tiết trong thời điểm này với mây vừa và nắng nhẹ, nhiệt độ dao động trong khoảng 20 – 28oC.
Hình 2.3: Thiết bị lấy mẫu nước kiểu ngang
47
2.3.4 Phương pháp phân tích
Các mẫu nước quan trắc được đo nhanh tại hiện trường và kết hợp với phân tích trong phịng thí nghiệm nhằm phục vụ cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm và chất lượng nguồn nước sơng Tơ Lịch. Q trình phân tích mẫu nước được thực hiện tại Phịng Thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN.
Các chỉ tiêu phân tích được thể hiện như bảng 2.3
Bảng 2.3: Bảng phương pháp phân tích các thơng số
TT Thơng số Phương pháp phân tích
1 pH Đo hiện trường bằng máy ADWA, model AD111 2 DO Đo hiện trường bằng máy HANNA, model HI1942
3 TSS TCVN 6625:2000 Xác định TSS
4 COD SMEWW 5520C:2012
5 BOD5 SMEWW 5210B:2012
6 N-NH4+ TCVN 6179-1:1996 Phương pháp so màu
7 N-NO3- TCVN 6180:1996 Phương pháp so màu
8 P-PO43- TCVN 6202:2008 Phương pháp so màu
9 Cl- TCVN 6194:1996 Xác định clorua
10 Coliform TCVN 6187-1:1996 Xác định Coliform và E.Coli
2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm
- Nước thải: Mẫu nước thải sử dụng là mẫu nước tại Cầu Lủ
- Hóa chất sử dụng:
Axit sunfuric H2SO4 (98%),
Natri hydroxit NaOH,
48
Sắt(III) clorua FeCl3.6H2O (99%),
Hydro peroxid H2O2 (30%)
Bình phản ứng được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt Bomex thể tích 1000 ml.
Đong chính xác 600 ml nước thải và sử dụng dung dịch H2SO4 3N và NaOH 1N để điều chỉnh pH của nước thải đến giá trị khảo sát rồi cho vào bình phản ứng.
Hình 2.5: Mơ hình thí nghiệm
Thêm các tác nhân cần thiết (dung dịch H2O2 30% và dung dịch FeCl3, dung dịch axit oxalic) vào bình phản ứng.
Khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ cốđịnh 100 vòng/phút.
Thời gian một đợt phản ứng kéo dài khoảng 90 phút với tần suất lấy mẫu là 10 phút/lần.
Bình phản ứng được đặt trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời. Các thí nghiệm
được thực hiện lúc 11 giờtrưa.
Do quy mơ thí nghiệm nhỏ và thực hiện trong khoảng thời gian ngắn nên chấp nhận các yếu tố bất định như hệ thí nghiệm vận hành theo mẻ, khơng có q trình tuần hồn nước, khơng có lớp trầm tích đáy và tạm thời bỏ qua các yếu tố địa hình cũng như kết cấu của hệ thống thốt nước trong thực tế.
49
Thí nghiệm 1: Xác định thời gian phản ứng tối ưu Giá trị pH = 3. Nồng độ Fe3+ (30%)cốđịnh là: 12 mg/l, Axit oxalic: 60 mg/l. Nồng độ H2O2 (30%)là: 60 mg/l; Tốc độ khuấy là 100 vòng/phút; Nồng độCOD ban đầu là 250 ± 10 mg/l. Thí nghiệm 2: Xác định nồng độ axit oxalic tối ưu
Với giá trị pH = 3. Nồng độ Fe3+ cốđịnh là: 12 mg/l, Nồng độ H2O2 là: 60 mg/l. Tốc độ khuấy là 100 vòng/phút. Thời gian khuấy là 90 phút Nồng độ COD là 250 ± 10 mg/l. Thí nghiệm 3: Xác định pH tối ưu
Nồng độ Fe3+ cốđịnh là: 12 mg/l,
Nồng độ H2O2 là: 60 mg/l.
Axit oxalic: 60 mg/l.
Tốc độ khuấy là 100 vòng/phút.
Nồng độCOD đầu vào là 250 ± 10 mg/l. Thí nghiệm 4: Xác định liều lượng H2O2 tối ưu
Với giá trị pH = 3.
Nồng độ Fe3+cố định là: 12 mg/l,
Tốc độ khuấy là 100 vòng/phút Thời gian 90 phút
50
Từ 4 thí nghiệm trên bố trí thí nghiệm 5: Xác định liều lượng Fe3+ thích hợp nhất để xử lý ô nhiễm CHC Giá trị pH = 4. Nồng độ H2O2 là: 180 mg/l. Axit oxalic: 60 mg/l. Tốc độ khuấy là 100 vòng/phút. Thời gian 80 phút. Nồng độCOD đầu vào là 125 ± 10 mg/l. 2.3.5 Phương pháp thống kê
Sử dụng một số nhóm hàm thơng dụng và cơ bản như, toán học, thống kê…trong excel để thống kê lại các số liệu. Sử dụng excel để vẽ các biểu đồ, diễn giải các số liệu thu thập được để xử lý kết quả thí nghiệm.
51
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Đánh giá chất lượng môi trường nước sông Tô Lịch
3.1.1 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô
Thông số pH và DO
Kết quả đo nhanh giá trị pH và DO của 12 mẫu quan trắc sông Tô Lịch được thể hiện trên hình 3.1.
Hình 3.1: Giá trị pH và DO của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa
khô
Giá trị pH của các mẫu nước quan trắc dao động trong khoảng từ 7,31 – 7,54
trong đó giá trị pH trung bình là khoảng 7,38. Có thể thấy nước sơng Tơ Lịch có tính trung tính đến kiềm nhẹ vì đa phần nước thải ra sông là nước thải sinh hoạt hằng ngày của dân cư thành phố, nước thải sản xuất hay công nghiệp chiếm phần nhỏ.
Giá trị DO của các mẫu nước quan trắc đều rất thấp, dao động từ 0,4 – 0,69
mg/l. Giá trị DO trung bình chỉ đạt 0,55 mg/l, hồn tồn khơng đáp ứng được điều kiện về môi trường sinh sống của các lồi động thực vật thủy sinh hay tơm cá.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 7,15 7,20 7,25 7,30 7,35 7,40 7,45 7,50 7,55 7,60
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
D O m g/ L pH pH DO
52 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)
Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn khơng lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả. Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn khơng đủ cho q trình phân hủy hiếu khí thì oxy hồ tan của nước nguồn cạn kiệt. Lúc đó q trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4. Các
chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển. Chúng làm ô nhiễm cả nước và khơng khí xung quanh. Bởi vậy TSS có ý nghĩa quan trọng về mơi trường.
Hình 3.2: Giá trị TSS của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô
Giá trị TSS trung bình của sơng Tơ Lịch vào mùa khô là 507,2 mg/L. Giá trị này cao gấp 10,14 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT loại B1. Giá trị TSS cao nhất là tại TTL đạt 579,6 mg/L và khơng có giá trị TSS nào quan trắc được đạt quy chuẩn.
Nhu cầu oxy hóa học (COD)
Các hợp chất hữu cơ đặc biệt là hợp chất hữu cơ dễ phân hủy là dạng ơ nhiễm rất điển hình có trong nước thải sinh hoạt nói chung và nước thải sơng Tơ Lịch nói riêng. Thơng số COD được chọn làm giá trị đại diện cho mức độ ô nhiễm
0 100 200 300 400 500 600 700
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
53
hữu cơ của nước sông Tô Lịch, kết quả phân tích các mẫu quan trắc được thể hiện
trên Hình 3.3.
Hình 3.3: Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô
Giá trị COD của các mẫu nước quan trắc trong mùa khô dao động trong khoảng 111,07 – 150,28 mg/l trong đó giá trị COD trung bình đạt khoảng 127,9 mg/l, cao gấp khoảng 4,26 lần QCVN. Trong số các mẫu phân tích, giá trị COD đạt cao nhất tại điểm quan trắc Nguyễn Trãi – NTI. Thực tế cho thấy khu vực này thường xuyên có sự họp chợ và tập trung đông đúc các quán ăn dịch vụ mà điển hình là chợ tạm Ngã Tư Sở và khu Trung tâm thương mại Royal City, qua đó có thể giải thích cho sự chênh lệch về giá trị ô nhiễm giữa các điểm quan trắc. Diễn biến giá trị COD của các điểm quan trắc dọc theo dịng chảy có chiều hướng giảm dần về phía hạ lưu.
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) được xác định dựa trên kinh nghiệm phân tích đã được tiến hành tại nhiều phịng thí nghiệp chuẩn, trong việc tìm sự liên hệ giữa nhu cầu oxy đối với hoạt động sinh học hiếu khí trong nước thải hoặc dịng chảy bị ơ nhiễm. Kết quả phân tích thơng số BOD của các mẫu quan trắc được thể hiện trên
Hình 3.4. 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
54
Hình 3.4: Giá trị BOD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô
Giá trị BOD của các mẫu nước quan trắc trong mùa khô dao động trong khoảng 68 – 123,5 mg/l trong đó giá trị BOD trung bình đạt khoảng 90,21 mg/l, cao
gấp khoảng 6 lần QCVN cho phép. Trong số các mẫu phân tích, giá trị BOD đạt cao nhất tại điểm quan trắc Cầu Dậu– CDU.
Các chất dinh dưỡng (N, P)
Đặc trưng nước thải trên sông Tô Lịch chủ yếu là nước thải sinh hoạt, do vậy mà hàm lượng các chất dinh dưỡng N và P trong nước sông thường rất cao. Kết quả phân tích các thơng số ơ nhiễm như NH4+, NO3-, PO43- được thể hiện trên các Hình 3.5, Hình 3.6 và Hình 3.7.
Nồng độ N – NH4+ trong nước sông Tô Lịch vào mùa khô dao động trong khoảng 23,52 – 55,07 mg/l, giá trị trung bình khoảng 48,98 mg/l cao hơn rất nhiều lần so với quy định trong QCVN 08:2015/BTNMT cột B1 (0,5 mg/l). Vị trí quan trắc có giá trị ơ nhiễm NH4+ cao điển hình là vị trí sau Đập Thanh Liệt với nồng độ
NH4+ lên đến 55,07 mg/l. Có thể giải thích điều này bởi đây là nơi bắt đầu xả nước từ sơng Tơ Lịch sang phía sơng Nhuệ và tùy thuộc vào mực nước hiện tại mà đập sẽ được mở hay đóng. Vào mùa khơ, mực nước trên sơng Tơ Lịch thường rất thấp nên chu kỳ đóng mở đập sẽ kéo dài. Thời điểm lấy mẫu tại vị trí này trên thực tế trùng
0 20 40 60 80 100 120 140
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
55
với lúc đập hiện không xả nước, thêm vào đó vị trí lấy mẫu là tại cầu Tó nằm trên trục đường chạy qua nghĩa trang Văn Điển vì vậy nên mới có sự gia tăng về nồng độ ơ nhiễm NH4+.
Hình 3.5: Giá trị NH4+ của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khơ
Hình 3.6: Giá trị NO3-của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô
Nồng độ N – NO3- nhìn chung trên tồn bộ các vị trí quan trắc đều khá ổn định và sự dao động là không nhiều như NH4+. Khoảng dao động nồng độ NO3- từ
0 10 20 30 40 50 60
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
NH4+ (mg/L) QCVN 08:2015/BTNMT B1 0 2 4 6 8 10 12
HQV CGY TDH NTI CKD CLU CDU TTL STL NTL CVD TYS
56
0,96 - 7,20 mg/l trong đó giá trị trung bình được xác định là khoảng 3,69 mg/l. Có thể thấy một cách tương đối, nồng độ NO3- có chiều hướng tăng nhẹ theo hướng từ Bắc xuống Nam do địa hình khu vực này có đặc điểm trũng hơn; đối với nhánh sông rẽ sang hướng Đơng về phía trạm bơm n Sở thì nồng độ NO3- có giảm nhẹ do được pha lỗng bởi q trình nhập dịng với nước từ phía hồ Yên Sở.
Đối với chỉ tiêu PO43- khoảng dao động trong khoảng 1,27 – 3,31 mg/l và
giá trị trung bình là 2,41 mg/l cao gấp hơn 8 lần QCVN 08:2015/BTNMT cột B1. Giá trị PO43- cao nhất quan trắc được tại Hồng Quốc Việt, đây là các khu vực có sự họp chợ và tập trung đơng đúc dân cư qua lại.
Hình 3.7: Giá trị PO43- của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô
Clorua (Cl-)
Hàm lượng Clo cao sẽ gây ăn mòn các kết cấu ống kim loại. Về mặt nông nghiệp Clo gây ảnh hưởng xấu đến sự tăng trưởng của cây trồng. Có thể nhận thấy