Chuong3 mhh dhbk 2016

BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3 3.1 TỔNG QUAN VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA NGUỒN NƯỚC phát triển của thực vật nước aquatic hưởng đến chất lượng nước và mục đích sử dụng nước

Trang 1

TPHCM

BÀI GIẢNG MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

Chương 3 SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

NỘI DUNG CHƯƠNG V

3.1 Tổng quan và cơ chế hình thành sự phú dưỡng hóa nguồn

nước

3.2 Mối quan hệ giữa các chất dinh dưỡng sự phú dưỡng hóa

3.2.1 Các chất dinh dưỡng và nguồn cung cấp

3.2.2 Tầm quan trọng của tỷ số giữa N và P (N/P)

3.3 Mô hình đơn giản mô tả sự phú dưỡng trong hóa hồ chứa

3.3.1 Cân bằng vật chất đối với phốt pho trong hồ chứa

3.3.2 Sự tương quan giữa tổng phốt pho và mức dinh dưỡng

của hồ

3.4 Sự tác động qua lại giữa phiêu sinh thực vật và chất dinh

dưỡng

3.4.1 Cân bằng vật chất đối với phiêu sinh thực vật

3.4.2 Động học quá trình tăng trưởng của phiêu sinh thực vật

3.4.3 Động học quá trình chết của phiêu sinh thực vật

3.4.4 Các mối quan hệ giữa phiêu sinh thực vật và chất dinh

dưỡng

3.5 Mối quan hệ giữa phiêu sinh thực vật và oxy hòa tan

3.6 Mô hình đơn giản mô tả sự phú dưỡng hóa trong dòng sông

Trang 2

BK

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

3

3.1 TỔNG QUAN VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SỰ PHÚ

DƯỠNG HÓA NGUỒN NƯỚC

phát triển của thực vật nước (aquatic

hưởng đến chất lượng nước và mục

đích sử dụng nước

v   Sự phú dưỡng hóa xảy ra khi nguồn

nước tiếp nhận một lượng dồi dào các

Sự phú dưỡng hóa tự nhiên

- Là một hiện tượng bình thường xảy ra trong hệ

- Đó là một quá trình lão hóa tự nhiên xảy ra

trong đó có các hồ chứa từ trạng thái nghèo

dinh dưỡng (oligotrophic) dần dần chuyển

sang giàu dinh dưỡng (phú dưỡng –

eutrophication)

- Hồ tự nhiên sẽ biến thành đầm lầy (marsh) sau

đó là đồng cỏ (meadow) Quá trình này thường

kéo dài hàng ngàn năm trong tự nhiên

Trang 3

BK

TPHCM

5

Sự phú dưỡng hóa nhân tạo

Các hoạt động của con người đã đẩy nhanh quá trình

này (“sự phú dưỡng hóa nhân tạo”) do việc cung cấp

các dưỡng chất từ các nguồn xả chất thải như hình vẽ

Hình vẽ 3.1: Các nguồn

cung cấp chất dinh dưỡng

cho sự phú dưỡng hóa

Trang 4

BK

TPHCM

7

PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC THEO TRẠNG

THÁI DINH DƯỠNGTừ năm 1939 các nhà nghiên cứu đã phân loại nguồn

chúng như sau:

nước trong sạch và năng suất thấp

Nguồn nước có năng suất trung bình

(Eutrophic) - Nguồn nước có năng suất cao so với mức

THÁI DINH DƯỠNGBảng 3.1: Trạng thái dinh dưỡng của hồ

Thông số chất lượng

nước

Thiếu dinh dưỡng (Oligotrophic)

Dinh dưỡng trung bình (Mesotrophic)

Giàu dinh dưỡng (Eutrophic) Tổng phốt pho Tp (µg/

Chiều sâu Secchi (m) > 4 2 – 4 < 2

Oxy hòa tan trong

tầng nước bên dưới

Trang 5

TPHCM

9

THÁI DINH DƯỠNGBảng 3.2: Phân loại trạng thái dinh dưỡng nguồn nước căn cứ vào

hàm lượng N và P

Chỉ tiêu Thiếu dinh dưỡng (Oligotrophic) (Mesotrophic) Trung bình Giàu dinh dưỡng (Eutrophic)

CƠ CHẾ CƠ BẢN CỦA SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

v Sự phát triển nhanh của thực vật nước là kết quả

của quá trình tiêu thụ và biến đổi các chất dinh

dưỡng vô cơ thành chất hữu cơ trong thực vật thông

qua cơ chế quang hợp (photosynthesis)

v Động lực chủ yếu của quá trình này là bức xạ mặt

trời cung cấp vào quá trình

v Sự phú dưỡng hóa của nguồn nước phụ thuộc vào vị

trí địa lý, mức độ thâm nhập của bức xạ vào các

chiều sâu lớp nước, khối lượng và loại chất dinh

dưỡng

Trang 6

BK

TPHCM

11

Các hiện tượng cơ bản của quá trình tăng trưởng của phiêu sinh

thực vật trong vùng ôn đới bắc bán cầu được tóm tắt trong hình

vẽ 3.2

ü   Bức xạ mặt trời tăng sẽ cung cấp nguồn năng lượng cho phản

ứng quang hợp

ü   Sinh khối phiêu sinh thực vật bắt đầu tăng khi nhiệt độ của

nước tăng và chất dinh dưỡng ở dạng hoà tan được phiêu sinh

vật này sử dụng

ü   Cơ chế này tiếp diễn cho đến khi mức dinh dưỡng trong nước

không đáp ứng cho sự phát triển và sự gia tăng sinh khối sẽ

ngừng lại

ü   Sự suy giảm sinh khối được quan sát là do sự tiêu thụ (ăn thịt)

của các phiêu sinh động vật

ü   Thông thường vào cuối mùa hè - đầu mùa thu, có thể quan sát

thấy sự nở hoa (bloom) của phiêu sinh thực vật này lập lại do

việc tuần hoàn dinh dưỡng

ü   Sinh khối sau đó sẽ giảm khi bức xạ mặt trời và nhiệt độ giảm

đến mức thấp hơn vào cuối mùa thu và đầu mùa đông

Trang 7

BK

TPHCM

13

Các thông số quan trọng trong phân tích mô hình hóa

sự phú dưỡng hóa bao gồm:

1 Bức xạ mặt trời tại bề mặt nước và biến thiên theo

chiều sâu

2 Thông số hình học của nguồn nước: diện tích mặt

nước, diện tích đáy, chiều sâu và thể tích

3 Lưu lượng, vận tốc , sự khuếch tán

4 Nhiệt độ của nước

6 Phiêu sinh thực vật – Chlorophyll a

BK

TPHCM

14

3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT DINH

DƯỠNG VÀ SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

Các nguồn cung cấp chất dinh dưỡng từ bên ngoài

1 Nước thải sinh hoạt

2 Nước thải công nghiệp

3 Nước chảy tràn từ các khu vực canh tác nông nghiệp

4 Nước chảy tràn từ các khu rừng

5 Nước mưa chảy tràn từ các khu đô thị

6 Sự sa lắng của các chất ô nhiễm từ không khí

Trang 8

BK

TPHCM

15

3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT

DINH DƯỠNG VÀ SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

Bảng 3.3: Nồng độ chất dinh dưỡng trung bình từ nước thải sinh hoạt

Dạng chất dinh dưỡng Đầu vào (mg/L) xử lý bậc 2 Đầu ra sau

(mg/L)

Sau quá trình khử phốt pho (mg/L) Phốt pho (tính bằng P)

Tổng phốt pho có chất

Tổng phốt pho không

Ortho phốt pho có chất

3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT

DINH DƯỠNG VÀ SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

Bảng 3.4: Tải trọng chất dinh dưỡng của một số nguồn phân tán

Loại nguồn Tp (kg/ha.năm) TN (kg/ha.năm)

Giá trị trung bình Khoảng giá trị Giá trị trung bình Khoảng giá trị Rừng tự nhiên 0,4 0,01 – 0,9 3,0 1,3 – 10,2

Trang 9

BK

TPHCM

17

CÁC CHẤT DINH DƯỠNG TÁC ĐỘNG ĐẾN

SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

v   Các chất dinh dưỡng cung cấp hóa chất để hình thành bộ

khung cho đời sống trong hệ thực vật nước

v   Một số chất dinh dưỡng cần với khối lượng lớn để phát triển tế

bào và được gọi là chất đa lượng (macronutrient) bao gồm

cacbon, oxy, nitơ, phốt pho, sulfur, silic và sắt

v   Ngoài ra thực vật còn cần một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng

vi lượng (micronutrient) bao gồm mangan, đồng, kẽm,…

v   Sự thiếu hụt của các chất dinh dưỡng thiết yếu sẽ hạn chế sự

phát triển của thực vật cấp thấp (rong tảo) Đây là cơ sở xác

định các yếu tố hạn chế sự phát triển của chúng

v   Dưỡng chất cần thiết là N và P N là nguyên tố quan trọng trong

protein của tế bào còn P có vị trí quan trọng trong quá trình

biến đổi năng lượng phục vụ cho quá trình tổng hợp chất

a Mô hình hóa chất lượng nước kiểm soát sự phú

dưỡng hóa sẽ tập trung vào phốtpho, nitơ

v  Quan trọng trọng hệ thống di truyền và trong việc dự trữ

và vận chuyển năng lượng trong tế bào

v   Trên quan điểm mô hình hóa chất lượng nước phốt pho là

chất dinh dưỡng quan trọng cần xem xét bởi vì nó thường

không được cung cấp đầy đủ so với các nguyên tố đa

lượng khác

v   Phốt pho không phong phú trong lớp vỏ quả đất, các

khoáng chất phốt phát khó hòa tan trong nước

v   Phốt pho không tồn tại ở dạng khí Vì vậy, khác với

cacbon và nitơ, phốt pho không có trong nguồn cung

cấp từ khí quyển

v   Mặt dù phốt pho khan hiếm trong thiên nhiên nhưng nhiều

hoạt động của con người (sử dụng phân bón canh tác

nông nghiệp, chất tẩy rửa (detergent) đã thải một lượng

đáng kể phốt pho vào trong nguồn nước

v   Các hoạt động của con người cũng đã tạo ra sự xói mòn

đất làm tăng lượng phốt pho đi vào nguồn nước

Trang 10

v  Orthophosphate hay phốt pho vô cơ hòa tan bao gồm các

dạng H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , PO 4 3- được thực vật trực tiếp tiêu thụ

v  Phốt pho hữu cơ dạng hạt (Particulate organic P): trong cơ thể

thực vật, động vật và vi khuẩn đang sống cũng như các mãnh

vụn hữu cơ.

v Nitrit (NO 2 - )/ nitrat (NO 3 - )

v Nitơ hữu cơ

Trang 11

BK

TPHCM

21

Các hóa chất sử dụng để bổ sung chất dinh

dưỡng N và P cho quá trình xử lý sinh học

BK

TPHCM

22

TẦM QUAN TRỌNG VÀ Ý NGHĨA CỦA TỶ SỐ N/P

Hai vấn đề quan trọng được đặt ra là:

1 Có nên kiểm soát các chất dinh dưỡng phốt pho và

nitơ xả vào nguồn nước hay không?

2 Khối lượng cho phép của chất dinh dưỡng xả vào

nguồn nước là bao nhiêu để bảo đảm duy trì sinh

khối thực vật ở mức cho phép?

Câu hỏi đầu được giải quyết bằng cách khảo sát nhu

cầu các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho (N/p) của

Câu hỏi thứ hai có thể được giải quyết bằng cách sử

Trang 12

BK

TPHCM

23

CÂN BẰNG NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA THỰC VẬT NƯỚC

Phương trình quá trình quang hợp và hô hấp của tế bào tảo:

(Stumm và Morgan 1981) ta có:

Tế bào tảo được mô tả bằng công thức hóa học hình thức:

C 106 H 263 O 110 N 16 P, tỷ số khối lượng của cacbon đối với nitơ và đối

với phốt pho như sau:

++

⇔+

v  Vì vậy, một gram khối lượng tảo khô chứa xấp xĩ 10mg phốt

pho, 72 mg nitơ và 400mg cacbon Trên cơ sở này ta có thể kết

luận:

ü   N:P > 7,2 thì P trở thành nguyên tố hạn chế sự phú dưỡng hóa

ü   N:P < 7,2 thì N trở thành nguyên tố hạn chế sự phú dưỡng hóa

v  Phiêu sinh thực vật có thể không được tính toán trên cơ sở khối

lượng khô mà được tính toán bằng đơn vị khác là chlorophyll a,

v  Tỷ số chlorophyll và cacbon trong khoảng 10 đến 50 µgChl/

mgC

v  Giá trị thấp hơn thường đặc trưng cho nguồn nước trong, sạch

và thiếu dinh dưỡng

v  Ngược lại, giá trị cao hơn giá trị trên sẽ đặc trưng cho nguồn

nước đục và phú dưỡng hóa

Trang 13

BK

TPHCM

25

CHẤT DINH DƯỠNG KIỂM SOÁT SINH KHỐI THỰC VẬT

TRONG ĐIỀU KIỆN PHÚ DƯỠNG HÓA (1)

v   Chất dinh dưỡng kiểm soát lượng sinh khối

thực vật là chất dinh dưỡng sẽ đạt giá trị

nồng độ nhỏ nhất trước so với những chất

dinh dưỡng còn lại khác

v   Hình sau minh họa nguyên tắc này

BK

TPHCM

26

BIỂU ĐỒ MINH HỌA NGUYÊN TẮC CHẤT DINH DƯỠNG

NHỎ NHẤT KIỂM SOÁT SINH KHỐI THỰC VẬT

Nitơ kiểm soát sinh khối Phốt pho kiểm soát sinh khối

Trang 14

BK

TPHCM

27

v Trên cơ sở lý luận trên, chất dinh dưỡng nào chiếm

ưu thế kiểm soát phụ thuộc vào hai điều kiện sau:

1 Khối lượng nitơ và phốt pho cần thiết cho thực vật

nước

2 Khối lượng nitơ và phốt pho có sẵn cho sự phát

triển ban đầu của thực vật nước

v Đối với phiêu sinh thực vật tế bào chứa xấp xĩ

khoảng 0,5 – 2,0 µgP/µgChl (giá trị điển hình là 1,0

µgP/µgChl) và 7 – 10 µgN/µgChl (giá trị điển hình là 10

BIỂU ĐỒ MINH HỌA BẰNG SỐ QUAN HỆ GIỮA

NITƠ, PHỐT PHO VÀ CHLOROPHYLL

Nitơ kiểm soát

Phốt pho kiểm soát

Nếu lượng nitơ có sẵn ban đầu là 5mgN/L và giả sử

rằng lượng nitơ tính theo cân bằng dinh dưỡng là 10

µgN/µgChl , lượng biomas tiềm tàng sẽ là:

(5000 µgN/L) : 10 µgN/µgChl = 500 µgChl/L

Nếu 1mgP/L có sẵn ban đầu, giả sử rằng lượng phốt pho tính theo

cân bằng dinh dưỡng là 1µgP/µgChl , lượng biomas tính toán là:

(1000 µgP/L) : 1 µgP/µgChl = 1000 µgChl/L

a Nitơ kiểm soát nên sinh khối chỉ có thể là 500 µgChl/L

Nếu mức độ sinh khối mong muốn đạt được là 50 µgChl/L thì mức phốt pho ban đầu

phải giảm xuống còn 50 µgP/L (0,05 mgP/L) (do chi phí xử lý phốt pho thấp hơn)

Trang 15

BK

TPHCM

29

Đặt:

N = nồng độ nitơ có sẵn ban đầu [M/L 3 ] mg/L;

a N = tỷ số nitơ/chlorophyll (a N = 10 µgN/µgChl) ;

p = lượng phốt pho có sẵn ban đầu [M/L 3 ] mg/L;

a p = tỷ số phốt pho/chlorophyll (a P = 1,0 µgP/µgChl) ;

P = lượng chlorophyll tạo ra từ lượng dinh dưỡng có sẵn

v Kết quả của nhiều nghiên cứu cho biết giá trị của a N /

a p bằng 10

ü  Khi tỷ số N/p < 10, N sẽ kiểm soát sinh khối thực vật

ü Khi tỷ số N/p > 10, P sẽ kiểm soát sinh khối thực vật

v Giá trị này phụ thuộc vào sự biến thiên của việc cân

bằng nhu cầu dinh dưỡng của thực vật:

ü Tỷ số N/p bằng 20 hay lớn hơn thường phản ánh hệ

thống hạn chế bởi phốt pho

ü N/p bằng hay nhỏ hơn 5 phản ánh hệ thống hạn

chế bởi nitơ

Trang 16

BK

TPHCM

31

HÌNH VẼ MINH HỌA CÁC VÙNG KIỂM SOÁT CỦA

NITƠ VÀ PHỐT PHO THEO TỶ SỐ N/P

BK

TPHCM

32

KIỂM SOÁT CHẤT DINH DƯỠNG CỦA CÁC NGUỒN NƯỚC

Tỷ số N/p của nguồn điểm, nguồn phân tán và nước biển

Loại nguồn TN/Tp a IN/Ip a Chất dinh dưỡng

giới hạn

Nguồn điểm

Đầu ra của nhà máy xử lý

bùn hoạt tính không khử

phốt pho

Đầu ra của nhà máy xử lý

bùn hoạt tính có khử phốt

pho

Nguồn phân tán

50% nông nghiệp và đô

a TN/Tp = tổng nitơ/tổng phốt pho (mg/L/mg/L); IN/Ip = nitơ vô cơ/phốt pho vô cơ (mg/L/mg/L)

b IN = 0,53 mgN/L; và Ip = 0,021 mgP/L cho nguồn phân tán chảy tràn bề mặt

c IN = 33 µgN/L và Ip = 15 µgP/L

Trang 17

BK

TPHCM

33

KIỂM SOÁT CHẤT DINH DƯỠNG CỦA CÁC NGUỒN NƯỚC

Tỷ số N/p và chất dinh dưỡng giới hạn cho nhiều mức

độ xử lý khác nhau

Mức độ xử lý Nồng độ hiệu lực (mg/L) TN/Tp IN/Ip dưỡng giới Chất dinh

hạn

Bùn hoạt tính + nitrat

CHẤT DINH DƯỠNG GIỚI HẠN CHO NHIỀU NGUỒN NƯỚC KHÁC NHAU

Sông và dòng chảy

Chịu ảnh hưởng của nguồn điểm

Không có khử phốt pho N itơ giới hạn

Chịu ảnh hưởng của nguồn phân tán P>> 10 :Phốt pho giới hạn

N

Cửa sông

Vùng nước ngọt

Chịu ảnh hưởng của nguồn phân tán >> 10 :Phốt pho giới hạn

P N

Chịu ảnh hưởng của nguồn điểm N itơ giới hạn

P

N 10:

<<

Vùng nước mặn

Chịu ảnh hưởng xâm nhập của nước biển N itơ giới hạn

Hồ nhỏ chịu ảnh hưởng của nguồn điểm N itơ giới hạn

P

N 10:

<<

Trang 18

BK

TPHCM

35

3.3 MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN MÔ TẢ SỰ PHÚ

DƯỠNG HÓA TRONG HỒ CHỨA (1)

v   Cách tiếp cận cơ bản đối với mô hình mô tả

sự phú dưỡng hóa của các hồ chứa là thực

hiện cân bằng vật chất chất dinh dưỡng được

xem là tác nhân hạn chế sự phát triển sinh

khối thực vật, đó là phốt pho

v   Tổng phốt pho (Tp) được sử dụng như một

thông số chỉ thị biểu diễn trạng thái dinh

dưỡng của hồ

BK

TPHCM

36

CÂN BẰNG VẬT CHẤT ĐỐI VỚI PHỐT PHO (1)

Các giả thuyết sử dụng là:

1 Hồ ở chế độ xáo trộn hoàn toàn

2 Điều kiện trạng thái ổn định sử dụng để ước tính

giá trị trung bình mùa hay trung bình năm

3 Phốt pho là tác nhân hạn chế sự phát triển sinh

khối thực vật

lượng mô tả trạng thái dinh dưỡng của hồ

Trang 19

BK

TPHCM

37

Phương trình cân bằng phốt pho cho hồ xáo trộn hoàn toàn là:

) ( 3 3

Qp p A v W dt

dp

) ( 4 3

Qp pV

K W dt

V = Thể tích của hồ [L 3 ] m 3

p = phốt pho tổng cộng trong hồ [M/L 3 ], ví dụ: mg/L

Q = lưu lượng ra khỏi hồ, m3/ngày

A s = diện tích bề mặt của hồ [L 2 ]

W = nguồn phốt pho bên ngoài, [M/L] ví dụ : g/s; kg/năm

K s = tốc độ tiêu thụ (biến mất) của phốt pho tổng cộng [1/T]

H = chiều sâu của hồ [L]: m

s

s s

H

Vv v

v Ở trạng thái ổn định phương trình (5.3) viết lại như sau:

( 6 3

s

sA v Q

W p

+

=

) ( năm]

[g/m T]

W p

+

=

Trang 20

BK

TPHCM

39

v Trên cơ sở này phương trình (3.5),(3.8) có thể viết lại

W p

+

=

ρ

) ( 10 3

1

d

t V

(

' )

/ (

' /

' '

s s

s

W K

HA Q H

W HK

A Q

W v

= +

v  Mức phốt pho tổng cộng cho phép được là bao nhiêu?

v  Mức phốt pho vượt quá ngưỡng cho phép là bao nhiêu?

[ Ước lượng để tính toán tải trọng phốt pho cho phép W’

v Kết quả nghiên cứu của Vollenweider và nhiều tác giả

khác đã đề xuất như sau:

Mức tổng phốt pho cho phép, p cp = 0,010 mgP/L (g/m 3 )

= 10 µg/L (mg/m 3 ) Mức tổng phốt pho vượt quá ngưỡng cho phép,

p ng = 0,020 mgP/L (g/m 3 ) = 20 µg/L (mg/m 3 )

v  Điều này có nghĩa là vùng biểu diễn trạng thái dinh dưỡng

trung bình (mesotrophy) nằm giữûa hai biên có nồng độ

tổng phốt pho là 10 µg/L và 20 µg/L

Trang 21

BK

TPHCM

41

MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN MÔ TẢ SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

TRONG HỒ CHỨA (2)

Biểu đồ tải trọng dinh dưỡng của Vollenweider (1968)

BK

TPHCM

42

MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN MÔ TẢ SỰ PHÚ DƯỠNG HÓA

TRONG HỒ CHỨA (2’)

Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng chất dinh dưỡng và điều

kiện dinh dưỡng của Vollenweider (1968)

)

1

d

t V

Q

=

=ρ

W’

(g/m 2 /năm)

q=Hρ=H/t d (m/năm)

Trang 22

BK

TPHCM

43

trình (3.13) sử dụng các giá trị trên, ta có:

( ) ( )

)(m/năm) (g/m

.năm) (g/m

,

.năm) (g/m

,

3 2

'

2 '

W

) ( H

W

16 3 10

02 0

15 3 10

01 0

20

10

ρ ρ

v Vận tốc lắng v s và tốc độ tiêu thụ phốt pho K s xác

định bằng thực nghiệm

Trong đó: H tính bằng m và K s tính bằng 1/năm

v Một số nghiên cứu khác của Chapra và Tarapchak

(1976) cho kết quả của v s là 16 m/năm và 12,4 m/

năm, các tác giả khác là v s từ 5 đến 20 m/năm

v Vollenweider (1975) đã nghiên cứu và thiết lập công

thức sau: v s = 10 m/năm (0,0274 m/ngày)

) 11 3

10

H

Trang 23

BK

TPHCM

45

v Từ công thức (3.11), phương trình (3.8) có thể được

biến đổi và viết lại như sau:

Chú ý rằng q = Q/A s = Q/V x V/A s = H x ρ

v Mặt khác, phương trình (3.8) có thể viết lại dưới dạng

sau:

v Lấy logarit hai vế phương trình (3.13) ta có:

) ( '

'

12

3 10

Hay q

W

p

) ( ) (

' p q vs 3 13

W = +

) ( ) log(

log '

⇒ +

= ' ( 3 8 )

s

v q

W p

BK

TPHCM

46

v   Phương trình (3.14) được sử dụng để vẽ đường

biểu diễn của logW ’ theo logq Hình vẽ 3.10

minh họa quan hệ giữa tải trọng chất dinh

dưỡng và điều kiện dinh dưỡng của hồ được

thiết lập bởi Vollenweider (1975)

v   Khi biết tải trọng chất dinh dưỡng hàng năm W

và H ρ ta có thể xác định được trạng thái dinh

dưỡng của hồ

v   Nếu trạng thái dinh dưỡng là phú dưỡng hóa

thì tải trọng cần thiết phải giảm đi có thể đọc

trực tiếp trên biểu đồ này

Trang 24

BK

TPHCM

47

Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng chất dinh dưỡng và điều

kiện dinh dưỡng

) ( 10 3 1

d

t V

CÁC MÔ HÌNH BÁN THỰC NGHIỆM KHÁC (1)

Do tốc độ tiêu thụ chất dinh dưỡng phụ thuộc vào sự

phục hồi trạng thái lơ lững và sự lắng đọng,

Vollenweider (1976) đã thiết lập các công thức tính

toán thích hợp hơn, công thức (3.9) viết lại:

Chapra và Tarapchak (1976) đã tìm được mối quan hệ

giữa nồng độ tổng phốt pho mùa xuân quan hệ với

nồng độ tổng phốt pho mùa hè như sau:

Trong đó: p s là phốt pho tổng cộng mùa xuân

)

( ) / (

'

17

3 1

)

(

p =

Trang 25

BK

TPHCM

49

v Lượng chlorophyll trung bình mùa hè được tính toán

theo công thức của Dillon và Rigler (1974):

v Kết hợp các công thức (5.8), (5.18) và (5.19) ta có:

Trong đó: chl a tính bằng µg/L; W’ tính bằng g/m 2 năm;

và q tính bằng m/năm và vận tốc lắng ròng lấy

bằng 12,4 m/năm

).(

'

83

s

p a

chl =

) ( ,

4 12 1866

449 1

chl

) (

0 ps

p =

) ( )

( , 0731 , 3 19

0 ps 1449a

v   Công thức (3.20) cũng có thể được biến đổi

để tính toán tải trọng tương ứng với mức

chlorophyll đã xác định sẵn như sau:

Trong đó: chl a tính bằng µ g/L; W ’ tính bằng g/

m2năm; và q tính bằng m/năm và vận tốc

lắng ròng lấy bằng 12,4 m/năm

12 1866

449 1

q

W a

chl

) ( ) , (

) (

Trang 26

BK

TPHCM

51

v  Chapra và Tarapchak (1976) đã chọn giá trị cho phép và giá trị

vượt quá ngưỡng cho phép của chlorophyll trung bình mùa hè

như sau:

Mức vượt quá ngưỡng cho phép: chl a = 9,0 µg/L

v  Các giá trị này tương đương với phốt pho tổng cộng hàng năm là

13,4 µgP/L cho mức cho phép và 30,7 µgP/L cho mức vượt quá

ngưỡng cho phép Với các giá trị này tải trọng sẽ là:

v  Từ các công thức này, tải trọng tính toán theo hình vẽ 3.10 sẽ là 3

µg chl/L đối với mức cho phép và 9 µg chl/L cho mức vượt quá

ngưỡng cho phép

) 23 3 ( ) 4 , 12 (

025 , 0

) 22 3 ( ) 4 , 12 (

011 , 0'

q W

phép cho ngưỡng

QUAN HỆ GIỮA PHỐT PHO TỔNG CỘNG VÀ

TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG CỦA HỒ (1)

v Các công thức biểu diễn quan hệ giữa nồng độ tổng

phốt pho và mức chlorophyll như sau:

v Công thức của Bartsch và Gakstatter (1978):

v Công thức của Rast và Lee (1978):

v Công thức của Dillon và Rigler (1974):

) ( ,

) ( log ,

) (

) ( ,

) ( log ,

) (

) ( ,

) ( log ,

) (

log10 chl a = 1 449 × 10 p − 1 136 3 26

Trang 27

BK

TPHCM

53

QUAN HỆ GIỮA PHỐT PHO TỔNG CỘNG VÀ

TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG CỦA HỒ (2)

Công thức của Smith và Shapiro (1981a):

Trong đó chl a và p tính bằng µg/L và TN:Tp = tỷ số giữa

tổng nitơ/tổng phốt pho

) ( )

( log ,

) (

404 , 6 log

55 ,

Tp Tn b

BK

TPHCM

54

Hình vẽ 3.11: Quan hệ giữa nồng độ phốt pho tổng cộng và

nồng độ chlorophyll a trong các hồ ở vùng Đông Băc Hoa kỳ

(Bartsch và Gakstatter, 1978)

Tiêu đề	Sự Phú Dưỡng Hóa Nguồn Nước
Người hướng dẫn	PGS.TS. Lờ Hoàng Nghiờm
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
Chuyên ngành	Môi Trường
Thể loại	Bài Giảng
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	4,28 MB