NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ TẠI SÔNG TÔ LỊCH BẰNG HỆ THỐNG SỤC KHÍ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Việt Nam là nước đang phát triển và định hướng của Việt Nam sẽ trở thành nước công nghiệp hóa. Theo đó, áp lực phát triển công nghiệp gây tác động rất lớn đến môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Các cơ sở sản xuất, doanh nghiệp đang đầu tư rất lớn vào sản xuất, đã và đang xả thải nước thải chưa qua xử lý, hoặc xử lý chưa triệt để vào các thủy vực, gây ô nhiễm môi trường nước tại các sông nội đô. Hiện nay tất cả các dòng sông thuộc khu vực trung tâm TPHN hay còn gọi tắt là sông nội đô Hà Nội đều đang bị ô nhiễm nặng do tải lượng lớn của các chất hữu cơ (CHC), chất vô cơ, vi sinh vật (VSV), kim loại nặng (KLN)… Ngoài ra các con sông nội đô Hà Nội đều có mầu đen đặc (do lượng CHC cao trong nước), bốc mùi hôi thối (mùi khí H2S) và gây ảnh hưởng trực tiếp đến vệ sinh môi trường, cảnh quan đô thị cũng như sức khỏe của người dân sống dọc theo sông. Hiện nay, xử lý nước thải với các đặc tính ô nhiễm chất hữu cơ bằng biện pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường và được ứng dụng nhiều ở các nước trên thế giới. Đây là công nghệ xử lý nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành. Phương pháp điển hình để đưa oxy từ khí quyển vào trong nước có thể kể đến là phương pháp sục khí sử dụng máy thổi hoặc máy nén không khí. Hiện nay các nguồn năng lượng truyền thống, sẵn có trong tự nhiên đang dần cạn kiệt, suy giảm nghiêm trọng. Nếu con người không có những thay đổi kịp thời thì trong tương lai không xa nhân loại sẽ rơi vào tình trạng bất ổn về kinh tế, chính trị, xã hội, ô nhiễm môi trường nặng nề hơn. Năng lượng mặt trời là năng lượng sạch có tiềm năng nhất trên Trái Đất. Việc khai thác loại năng lượng này đang được nghiên cứu và triển khai ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới trong đó có Việt Nam. Xuất phát từ những thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất hữu cơ tại sông Tô Lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời” là rất cần thiết để cơ sở nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất hữu cơ theo hướng bền vững và thân thiện với môi trường mà không cần đưa thêm hóa chất vào môi trường bằng cách sử dụng hệ thống sục khí. Để phát triển theo hướng bền vững thì tác giả nghiên cứu khả năng thay thế của việc sử dụng điện năng cho máy sục khí sang dùng pin năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên do giới hạn về thời gian cũng như về tài chính nên luận văn chỉ tập trung nghiên cứu các kịch bản có thể xảy ra khi sử dụng pin NLMT thay thế cho điện năng truyền thống. 2. Phạm vi nghiên cứu Luận văn giới hạn vùng nghiên cứu là toàn bộ sông Tô Lịch bao gồm đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Đập Thanh Liệt với chiều dài khoảng 13,5 km và đoạn rẽ nhánh từ Công ty TNHH Dịch vụ và Thương Mại Huy Văn qua trạm bơm Yên Sở với chiều dài khoảng 6,5 km. Như vậy tổng chiều dài của khu vực sông Tô Lịch giới hạn trong nghiên cứu của luận văn là khoảng 20 km. 3. Nội dung nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau: Đánh giá được thực trạng và chất lượng nước sông Tô Lịch. So sánh phương pháp xử lý ô nhiễm CHC bằng hệ thống sục khí và phương pháp sử dụng hợp chất chứa sắt. Nghiên cứu giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời thay thế việc sử dụng điện cho hệ thống sục khí theo các kịch bản mùa khô và mùa mưa. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa có chọn lọc Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu Phương pháp phân tích Phương pháp bố trí thí nghiệm Phương pháp thống kê

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phí Phương Hạnh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ

TẠI SÔNG TÔ LỊCH BẰNG HỆ THỐNG SỤC KHÍ

SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phí Phương Hạnh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ

TẠI SÔNG TÔ LỊCH BẰNG HỆ THỐNG SỤC KHÍ

SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Trần Thiện Cường

TS Nguyễn Hữu Huấn

Hà Nội - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Các trích dẫn sử dụng trong luận văn đã ghi rõ tên tài liệu tham khảo và tác giả của tài liệu đó

TÁC GIẢ

Phí Phương Hạnh

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thiện được nội dung của luận văn thạc sĩ khoa học, ngoài sự

nỗ lực không ngừng của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới quý thầy cô bộ môn Môi trường và Phát triển bền vững nói riêng và toàn thể thầy cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung đã luôn quan tâm và tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích và vô cùng quý báu cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS Trần Thiện Cường và TS Nguyễn Hữu Huấn, những người đã trực tiếp hướng dẫn, luôn luôn sát sao, động viên, nhắc nhở kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu phục vụ cho luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ thuộc Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, cảm ơn Trung tâm nghiên cứu quan trắc và mô hình hóa môi trường đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hết sức nhiệt tình trong quá trình phân tích và vận hành thiết bị thực nghiệm để tôi có thể thuận lợi hoàn thành luận văn của cá nhân mình

Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp, những người vẫn luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên tôi và đồng thời cũng là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học vừa qua

TÁC GIẢ

Phí Phương Hạnh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội của thành phố Hà Nội 3

1.1.1 Tổng quan về điều khiện tự nhiên của TPHN 3

1.1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.1.2 Khí hậu 3

1.1.1.3 Thủy văn 4

1.1.2 Tổng quan về điều kiện kinh tế xã hội của TPHN 4

1.1.2.1 Dân số 4

1.1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế 5

1.2 Tổng quan về hiện trạng môi trường của sông Tô Lịch 6

1.2.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình của sông Tô Lịch 6

1.2.2 Thực trạng nguồn thải sông Tô Lịch tiếp nhận 7

1.3 Tổng quan về hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Hà Nội 9

1.4 Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông 13

1.4.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ 13

1.4.2 Ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông 14

1.4.3 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm chất hữu cơ 16

1.4.3.1 Tách nước thải và nước mưa đợt đầu khỏi sông 16

1.4.3.2 Xử lý nước thải trước khi xả vào sông 16

1.4.3.3 Tăng cường quá trình tự làm sạch trong sông 17

1.4.3.4 Giảm thiểu nguồn ô nhiễm từ tầng đáy và bùn cặn 19

1.5Tổng quan xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng phương pháp sục khí 21

1.5.1 Cơ sở khoa học 21

1.5.2 Thí nghiệm sử dụng công nghệ sục khí 21

1.5.2.1 Cơ sở khoa học của hệ thống sục khí 21

1.5.2.2 Mô hình hệ thiết bị sục khí quy mô PTN 22

1.5.2.3 Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ 25

1.5.2.4 Công nghệ sục khí ngầm được áp dụng trên thế giới 30

1.6 Tổng quan về năng lượng mặt trời 32

1.6.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam 32

1.6.2 Ứng dụng hệ thống sục khí sử dụng pin mặt trời tại Việt Nam 32

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 Đối tượng nghiên cứu 36

2.1.1 Chất lượng nước sông Tô Lịch 36

2.1.2 Phương pháp xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hợp chất chứa sắt 37

2.1.3 Khả năng thay thế điện năng dùng cho hệ thống sục khí bằng pin mặt trời 41

2.2 Phạm vi nghiên cứu 42

2.3.1 Phương pháp thừa kế có chọ n lọc 44

2.3.2Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 44

2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 47

2.3.5 Phương pháp thống kê 50

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 Đánh giá chất lượng môi trường nước sông Tô Lịch 51

3.1.1 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô 51

3.1.2 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa mưa 58

3.2 Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm chất hữu cơ 64

3.2.1 Xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hệ thống sục khí 64

3.2.1.1 Nguyên tắc hoạt động của máy sục khí ngầm 64

3.2.1.2 Sự phù hợp của phương pháp xử lý ô nhiễm CHC bằng hệ thống sục khí trên sông Tô Lịch 65

3.2.2 Xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hợp chất chứa sắt 67

3.2.3 So sánh ưu nhược điểm của 2 phương pháp xử lý COD 72

3.2.4 Sử dụng pin năng lượng mặt trời cho hệ thống sục khí 73

3.2.4.1 Tiềm năng sử dụng pin năng lượng mặt trời 73

3.2.4.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ hệ thống sục khí sử dụng pin NLMT 75

3.2.4.3 Hiệu quả của hệ thống pin năng lượng mặt trời 79

3.2.4.4 Phương án thu gom xử lý pin năng lượng mặt trời sau khi hết hạn sử dụng 83

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 83

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lượng và thải lượng một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch 8

Bảng 1.2: Đánh giá hiệu quả xử lý của 4 nhà máy XLNT đô thị tại TPHN 12

Bảng 2.1: Phân vùng các tiểu khu tiêu thoát nước dọc theo sông Tô Lịch 37

Bảng 2.2: Vị trí lấy mẫu sông Tô Lịch 44

Bảng 2.3: Bảng phương pháp phân tích các thông số 47

Bảng 3.1: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải 68

Bảng 3.2: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải 69

Bảng 3.3: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải 70

Bảng 3.4: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải 71

Bảng 3.5: So sánh ưu nhược điểm 72

Bảng 3.6: So sánh hiệu quả của hệ thống định hướng 1 trục và 2 trục 78

Bảng 3.7: Danh mục máy móc thiết bị sử dụng trong quá trình lắp đặt hệ thống điện mặt trời 78

Bảng 3.8: Hiệu quả về môi trường của việc tiết kiệm điện năng 80

Bảng 3.9: Tỷ giá thu mua điện 81

Bảng 3.10: Bảng giá điện sinh hoạt theo 6 bậc được ban hành tháng 3/2019 82

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải của một số chất ô nhiễm thải

vào sông Tô Lịch 9

Hình 1.2: Hệ thống thoát nước chung điển hình tại các đô thị Việt Nam 10

Hình 1.3: Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam 11

Hình 1.4: Công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế của 4 nhà máy XLNT đô thị tại TPHN 12

Hình 1.5: Hình ảnh nạo vét sông Tô Lịch 20

Hình 1.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm sục khí cưỡng bức theo độ sâu 23

Hình 1.7: Mô hình hệ thiết bị sục khí PTN 24

Hình 1.8: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 1 25

Hình 1.9: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 2 26

Hình 1.10: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 3 27

Hình 1.11: Diễn biến giá trị COD tầng mặt theo thời gian của hệ sục khí 28

Hình 1.12: Diễn biến giá trị COD tầng đáy theo thời gian của hệ sục khí 29

Hình 1.13: Sơ đồ thiết bị sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U 30

Hình 1.14: Mặt cắt mô tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sông 31

Hình 1.15: Mặt bằng mô tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sông 32

Hình 1.16: Dàn pin NLMT trên nóc nhà Bộ Công Thương 33

Hình 1.17: Dàn pin NLMT tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình 33

Hình 1.18: Dàn pin NLMT trên đảo Trường Sa 34

Hình 2.1 : Phạm vi nghiên cứu và điểm lấy mẫu tại Cầu Lủ 42

Hình 2.2: Thiết bị lấy mẫu nước kiểu ngang 46

Hình 2.3: Hình ảnh lấy mẫu thực tế 46

Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm 48

Hình 3.1: Giá trị pH và DO của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 51

Hình 3.2: Giá trị TSS của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 52

Hình 3.3: Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 53

Hình 3.4: Giá trị BOD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 54

Hình 3.5: Giá trị NH4+ của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 55

Hình 3.6: Giá trị NO3 của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô 55

Hình 3.7: Giá trị PO4 của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô 56

Hình 3.8: Giá trị Cl của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô 57

Hình 3.9: Giá trị Coliform của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô 57

Hình 3.10: Giá trị pH và DO các mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch trong mùa mưa 58

Hình 3.11: Giá trị TSS các mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch trong mùa mưa 59

Hình 3.12: Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa 60

Hình 3.13: Giá trị BOD5 của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa 60

Hình 3.14: Giá trị NH4+ của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa 61

Hình 3.15: Giá trị NO3- của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa 62

Hình 3.16: Giá trị PO4 của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa 62

Hình 3.17: Giá trị Cl của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa 63

Hình 3.18: Giá trị Coliform của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa 63

Hình 3.19: Nguyên tắc hoạt động của máy sục khí ngầm 64

Hình 3.20: Máy sục khí ngầm 65

Hình 3.21: Nồng độ và hiệu suất xử lý COD theo thời gian 68

Hình 3.22: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ axit oxalic và thời gian 69

Hình 3.23: Hiệu suất xử lý COD theo pH và thời gian 70

Hình 3.24: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ H2O2 và thời gian 71

Hình 3.25: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ Fe3+ 72

Hình 3.26: Bản đồ tiềm năng NLMT tại Việt Nam năm 2017 74

Hình 3.27: Bức xạ NLMT trong ngày theo từng tháng ở Việt Nam 77

Hình 3.28: Các loại mô hình 1 trục và 2 trục định hướng theo vị trí mặt trời 77

Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời 79

Hình 3.30: Đường đi bộ dọc theo sông Tô Lịch 83

Hình 3.31: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời 79

Hình 3.32: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời 85

MỞ ĐẦU

Việt Nam là nước đang phát triển và định hướng của Việt Nam sẽ trở thành nước công nghiệp hóa Theo đó, áp lực phát triển công nghiệp gây tác động rất lớn đến môi trường, đặc biệt là môi trường nước Các cơ sở sản xuất, doanh nghiệp đang đầu tư rất lớn vào sản xuất, đã và đang xả thải nước thải chưa qua xử lý, hoặc

xử lý chưa triệt để vào các thủy vực, gây ô nhiễm môi trường nước tại các sông nội

đô Hệ thống lưu vực sông Tô Lịch bao gồm khu vực thượng nguồn nằm ở phía Tây

và Tây Bắc của trung tâm thành phố Hà Nội, khu vực trung tâm thành phố Hà Nội

và khu vực hạ nguồn nằm ở phía Nam và Đông Nam của thành phố Hà Nội Hệ thống lưu vực sông Tô Lịch nằm trong vùng giới hạn bởi hai hệ thống đê bao là đê

tả của sông Hồng và đê hữu của sông Nhuệ, với diện tích lưu vực là khoảng 77,5

km2 Hiện nay tất cả các dòng sông thuộc khu vực trung tâm TPHN hay còn gọi tắt

là sông nội đô Hà Nội đều đang bị ô nhiễm nặng do tải lượng lớn của các chất hữu

cơ (CHC), chất vô cơ, vi sinh vật (VSV), kim loại nặng (KLN)… Ngoài ra các con sông nội đô Hà Nội đều có mầu đen đặc (do lượng CHC cao trong nước), bốc mùi hôi thối (mùi khí H2S) và gây ảnh hưởng trực tiếp đến vệ sinh môi trường, cảnh quan đô thị cũng như sức khỏe của người dân sống dọc theo sông

Hiện nay, xử lý nước thải với các đặc tính ô nhiễm chất hữu cơ bằng biện pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường và được ứng dụng nhiều ở các nước trên thế giới Đây là công nghệ xử lý nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành Phương pháp điển hình để đưa oxy từ khí quyển vào trong nước có thể kể đến là phương pháp sục khí sử dụng máy thổi hoặc máy nén không khí Tuy nhiên, 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 soát trong các hệ hở Vì vậy, trong trường hợp muốn cải thiện hiệu suất của quá trình hòa 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

Hiện nay các nguồn năng lượng truyền thống, sẵn có trong tự nhiên đang dần cạn kiệt, suy giảm nghiêm trọng Nếu con người không có những thay đổi kịp thời thì trong tương lai không xa nhân loại sẽ rơi vào tình trạng bất ổn về kinh tế, chính trị, xã hội, ô nhiễm môi trường nặng nề hơn Năng lượng mặt trời là năng lượng sạch có tiềm năng nhất trên Trái Đất Việc khai thác loại năng lượng này đang được nghiên cứu và triển khai ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới trong đó có Việt Nam

Xuất phát từ những thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý ô

nhiễm chất hữu cơ tại sông Tô Lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời” là rất cần thiết để cơ sở nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất

hữu cơ theo hướng bền vững và thân thiện với môi trường mà không cần đưa thêm hóa chất vào môi trường bằng cách sử dụng hệ thống sục khí Để phát triển theo hướng bền vững thì tác giả nghiên cứu khả năng thay thế của việc sử dụng điện năng cho máy sục khí sang dùng pin năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên do giới hạn về thời gian cũng như về tài chính nên luận văn chỉ tập trung nghiên cứu các kịch bản có thể xảy ra khi sử dụng pin NLMT thay thế cho điện năng truyền thống Luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:

Đánh giá được thực trạng và chất lượng nước sông Tô Lịch

 So sánh phương pháp xử lý ô nhiễm CHC bằng hệ thống sục khí và phương pháp sử dụng hợp chất chứa sắt

 Nghiên cứu giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời thay thế việc sử dụng điện cho hệ thống sục khí theo các kịch bản mùa khô và mùa mưa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội của thành phố Hà Nội 1.1.1 Tổng quan về điều khiện tự nhiên của TPHN

1.1.1.1 Vị trí địa lý

Nằm chếch về phía tây bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, Hà Nội có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ kinh Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà Nam, Hòa Bình phía Nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên phía Đông, Hòa Bình cùng Phú Thọ phía Tây Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, thành phố có diện tích 3.324,92km2, nằm ở cả hai bên bờ sông Hồng, nhưng tập trung chủ yếu bên hữu ngạn [27]

Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển Nhờ phù sa bồi đắp, ba phần tư diện tích tự nhiên của Hà Nội là đồng bằng, nằm ở hữu ngạn sông

Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác [27]

1.1.1.2 Khí hậu

Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu Hà Nội có đặc trưng nổi bật là gió mùa ẩm, nóng và mưa nhiều về mùa hè, lạnh và ít mưa về mùa đông; được chia thành bốn mùa rõ rệt trong năm: Xuân, Hạ, Thu, Đông Ranh giới phân chia bốn mùa chỉ có tính chất tương đối, vì Hà Nội có năm rét sớm, có năm rét muộn, có năm nóng kéo dài, nhiệt độ lên tới 40°C, có năm nhiệt độ xuống thấp dưới 5°C [26]

Hà Nội quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời khá dồi dào Tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm khoảng 120 kcal/cm², nhiệt độ trung bình năm 24,9°C, độ ẩm trung bình 80 - 82% Lượng mưa trung bình trên 1700mm/năm (khoảng 114 ngày mưa/năm) [26]

1.1.1.3 Thủy văn

Sông Hồng là con sông chính của thành phố, bắt đầu chảy vào Hà Nội ở huyện Ba Vì và ra khỏi thành phố ở khu vực huyện Phú Xuyên tiếp giáp Hưng Yên rồi xuôi về Nam Định Sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km, chiếm khoảng một phần ba chiều dài của con sông này trên đất Việt Nam Ngoài ra, trên địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Đuống, sông Cầu… Các sông nhỏ chảy trong khu vực nội thành như sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, là những đường tiêu thoát nước thải của Hà Nội [27]

Do quá trình đô thị hóa mạnh mẽ từ năm 1990 đến nay, phần lớn các sông hồ

Hà Nội đều rơi vào tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do lượng nước thải chưa qua

xử lý xả thẳng ra môi trường quá lớn Năm 2015, chỉ tính riêng trong khu vực nội

đô, mỗi ngày lượng nước thải xả thẳng ra hệ thống sông hồ vào khoảng 650.000

m3/ngày Sông Tô Lịch, trục tiêu thoát nước thải chính của thành phố, hàng ngày phải tiếp nhận khoảng 250.000 m³ nước thải xả thẳng xuống dòng sông mà không

hề qua xử lý Tương tự, sông Kim Ngưu nhận khoảng 125.000 m³ nước thải sinh hoạt mỗi ngày Sông Lừ và sông Sét trung bình mỗi ngày cũng đổ vào sông Kim Ngưu khoảng 110.000 m³ Lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp này đều có hàm lượng hóa chất độc hại cao Các sông mương nội và ngoại thành, ngoài vai trò tiêu thoát nước còn phải nhận thêm một phần rác thải của người dân và chất thải công nghiệp Những làng nghề thủ công cũng góp phần vào gây nên tình trạng ô nhiễm này [27]

1.1.2 Tổng quan về điều kiện kinh tế xã hội của TPHN

1.1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế

Tình hình phát triển công nghiệp của các tỉnh trên lưu vực là không đồng đều, các cơ sở sản xuất công nghiệp, khu công nghiệp và cụm công nghiệp tập trung chủ yếu tại Hà Nội với 4 nhóm ngành có ý nghĩa then chốt là: cơ -kim khí, dệt - da - may, chế biến lương thực thực phẩm và đồ điện - điện tử Sản lượng sản xuất công nghiệp của thành phố Hà Nội chiếm tới 85,8% tổng sản xuất công nghiệp toàn lưu vực sông Nhuệ Đáy

Tổng lượng nước thải của khu vực trung tâm thành phố Hà Nội năm 2013 xấp xỉ 795.000 m3/ngày, trong đó lượng NTSX bao gồm NTCN và NTDV là 490.410 m3/ngày Lượng NTCN ước tính năm 2011 là 100.000m3/ngày và chỉ có khoảng 30% là được xử lý Ước tính, năm 2013 lưu lượng xả NTCN là khoảng 117.774 m3/ngày, và NTDV là 337.136 m3/ngày Tỷ lệ đóng góp các loại hình nước thải khu trung tâm thành phố Hà Nội được mô tả trong hình 1.1 Trong đó tỷ lệ NTDV là cao nhất, chiếm tới 47%, sau đó là NTSH là 37%, NTCN chỉ đóng góp 15%, NTBV có tỷ lệ đóng góp thấp nhất chỉ là 2% so với tổng lưu lượng xả thải

Hà Nội hiện có 1.350 làng có nghề, trong đó có 244 làng nghề truyền thống Lưu vực sông Nhuệ có khoảng 39 làng nghề gồm có các làng nghề ươm tơ, dệt vải; làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, dược liệu; làng táichế phế liệu; làng nghề thủ công mỹ nghệ, thêu ren; làng nghề vật liệu xây dựng,khai thác đá, làng nghề cơ kim khí Thanh Thùy và các làng nghề khác

Tốc độ đô thị hóa nhanh, sự phát triển mạnh của các ngành công nghiệp cùng sự gia tăng mật độ dân số là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nguồn nước tại

Hà Nội Ô nhiễm nguồn nước gây ra nhiều hệ lụy xấu ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe của người dân thủ đô Theo báo cao của Sở Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội, lượng nước thải mà cư dân thủ đô cùng các nhà máy công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp thải ra mỗi ngày lên đến 300.000 tấn Trong lượng nước thải này chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, cụ thể mỗi năm,

lượng chất thải thải ra các sông ngòi, ao hồ tự nhiên là 3.600 tấn hữu cơ, 317 tấn dầu mỡ, hàng chục tấn kim loại năng, dung môi cùng nhiều kim loại khác

1.2 Tổng quan về hiện trạng môi trường của sông Tô Lịch

1.2.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình của sông Tô Lịch

Sông Tô Lịch bắt nguồn từ cống Phan Đình Phùng (quận Ba Đình), chảy qua mương Thụy Khuê và chạy dọc đường Thụy Khuê về phía chợ Bưởi, cắt ngang qua đường Lạc Long Quân rồi tới đường Hoàng Quốc Việt (HQV) Bắt đầu từ điểm HQV, trên bản đồ thành phố Hà Nội, được coi là điểm lộ diện của sông Tô Lịch, chiều rộng của sông tại đây là khoảng 30m, mực nước sông ở mức cao có thể đạt tới 3m Tiếp theo, sông chạy dọc đường Bưởi tới Cầu Giấy (CGI), rồi sau đó chạy dọc theo đường Láng, ngang qua điểm giao với đường Trần Duy Hưng (TDH) cho tới điểm cắt ngang đường Nguyễn Trãi tại vị trí Ngã Tư Sở (NTS) Đoạn sông ở khu vực này có chiều rộng dao động trong khoảng 30-40 m, chiều sâu từ 3-4m Sau đó sông tiếp tục chạy dọc đường Kim Giang, Đại Kim, Thịnh Liệt đi qua các điểm Cầu Khương Đình (CKD), Cầu Lủ (CLU), Cầu Dậu (DAU) về phía Nam thành phố Tới khu vực Nhà máy Sơn Hà Nội, sông Tô Lịch rẽ nhánh Nhánh thứ nhất chảy sang hướng Đông đổ về phía hồ Yên Sở, nhánh thứ 2 chảy xuôi theo hướng Nam qua Đập Thanh Liệt (DTL) và đổ vào sông Nhuệ

Đối với nhánh sông Tô Lịch chảy về phía hồ Yên Sở, sông chảy qua địa phận của xã Thịnh Liệt, phường Hoàng Liệt, xã Tam Hiệp Tại khu vực thôn Yên Ngưu,

xã Tam Hiệp, sông lại tiếp tục rẽ thành 2 nhánh, một nhánh chạy tiếp về hướng Đông đổ vào hồ Yên Sở, nhánh còn lại chạy theo hướng Nam qua địa phận các xã

Tứ Hiệp, Vĩnh Quỳnh, Ngũ Hiệp (huyện Thanh Trì) và cuối cùng cũng đổ vào sông Nhuệ

Khu vực thượng lưu của sông Tô Lịch (từ HQV đến NTS) tiếp nhận nước thải từ các khu vực quận Ba Đình, quận Cầu Giấy, quận Đống Đa, quận Thanh Xuân, một phần quận Hai Bà Trưng Khu vực hạ lưu (từ NTS đến DTL) tiếp nhận

nước thải của quận Hoàng Mai và các xã Thịnh Liệt, Tam Hiệp, Tứ Hiệp, Vĩnh Quỳnh, Đông Mỹ (huyện Thanh Trì)

Từ cuối những năm 1990, sông Tô Lịch bắt đầu được nạo vét đáy sông, kè

bờ, để làm sạch và chống lấn chiếm Giai đoạn từ năm 2009 đến nay, sông Tô Lịch

và các sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu đều được nạo vét Quá trình xây dựng thành phố đã cống hóa một đoạn sông khá dài của sông Tô Lịch, khiến trên bản đồ điểm lộ diện của sông Tô Lịch bắt đầu từ HQV và sông trở thành giống như dòng sông cụt và từ nhiều năm nay nó chỉ có vai trò như kênh thoát nước cấp I của HTTN thải khu vực trung tâm thành phố Hà Nội TLV sông Tô Lịch được chia nhỏ thành 9 tiểu khu tiêu thoát và được xả vào 7 đoạn sông Tổng lưu lượng nước thải xả vào sông Tô Lịch năm 2013 ước tính xấp xỉ 382.000 m3/ngày đêm, trong đó lượng NTSH là khoảng 140.000 m3/ngày đêm, NTSX là khoảng 236.000 m3/ngày đêm và NTBV là khoảng 6.000 m3

/ngày đêm (bao gồm cả hướng thoát nước từ hạ lưu sông Lừ)

1.2.2 Thực trạng nguồn thải sông Tô Lịch tiếp nhận

Khu vực thượng lưu của sông Tô Lịch (từ HQV đến NTS) tiếp nhận nước thải từ các khu vực quận Ba Đình, quận Cầu Giấy, quận Đống Đa, quận Thanh Xuân, một phần quận Hai Bà Trưng Khu vực hạ lưu (từ NTS đến DTL) tiếp nhận nước thải của quận Hoàng Mai và các xã Thịnh Liệt, Tam Hiệp, Tứ Hiệp, Vĩnh Quỳnh, Đông Mỹ (huyện Thanh Trì)

Nguồn nước cấp chủ yếu cho hệ thống sông Tô Lịch là nước mưa, NTSH và NTSX Dọc theo sông Tô Lịch có rất nhiều cống xả nước thải vào sông với lưu lượng khác nhau Chế độ thủy văn của sông Tô Lịch rất phức tạp, mùa mưa, dòng chảy biến động mạnh mẽ theo thời gian và không gian Khi có mưa mực nước sông dâng lên rất nhanh, nước chảy tràn trên các đường phố, ngõ xóm Nước tập trung chảy vào các hệ thống cống, kênh mương và xả vào sông Tô Lịch Khi mực nước tại DTL nhỏ hơn 3,5m, nước từ sông Tô Lịch sẽ thoát qua DTL chảy vào sông Nhuệ Khi mực nước lớn hơn 3,5m, DTL đóng lại, nước bị ứ đọng hoặc dồn ngược

chảy về phía hồ Yên Sở Tại khu vực hồ Yên Sở, hệ thống bơm chủ động bơm nước thẳng ra sông Hồng, tiêu thoát nước cho khu trung tâm TPHN Như vậy đoạn sông

Tô Lịch từ vị trí ngã ba Nhà máy Sơn Hà Nội cho tới vị trí tiếp giáp với hồ Yên Sở (đoạn cuối của sông Sét và sông Kim Ngưu), có chế độ thủy văn hai chiều Tuy nhiên từ khi có trạm bơm Yên Sở, phần lớn dòng chảy đoạn này theo hướng Đông

về phía hồ Yên Sở

Nước trên sông Tô Lịch thực chất là loại nước thải hỗn hợp giữa NTSH, NTSX và NTBV, chất lượng nước sông Tô Lịch hiện nay đã không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cho nước tưới Thêm vào đó, HTTN thải của khu vực trung tâm TPHN là HTTN kết hợp tiêu thoát cho cả NTSH, NTSX, NTBV và nước mưa,

do vậy chất lượng nước trên sông Tô Lịch không chỉ phụ thuộc vào lưu lượng nước thải, tính chất và thành phần của nước thải mà còn có sự phụ thuộc theo mùa [4]

Chất lượng nước trên sông Tô Lịch bị ô nhiễm chủ yếu là do nguồn NTSX, ngoại trừ thông số Pts bị chi phối bởi nguồn NTSH Tổng thải lượng COD của nước thải xả vào sông Tô Lịch là 79 tấn/ngày, trong đó phát sinh do nguồn NTSX là 51 tấn/ngày và do nguồn NTSH là 28 tấn/ngày Tỷ lệ đóng góp thải lượng chất ô nhiễm của nguồn NTSX chiếm từ 64,6% (đối với thông số thải lượng COD) đến 95,4 % (đối với thông số thải lượng TSS) (Bảng 1.1; Hình1.1) [22]

Bảng 1.1: Hàm lượng và thải lượng một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch

lượng bùn trầm tích là 17,3 tấn/ngày Tổng thải lượng chất ô nhiễm tính theo BOD5trong sông Tô Lịch là 45,7 tấn/ngày, trong đó thải lượng BOD5 do nước sông là 41,8 tấn/ngày, do bùn trầm tích chỉ là 3,9 tấn/ngày Tổng thải lượng Nts trong sông

Tô Lịch là 11,5 tấn/ngày, trong đó do nước sông là 11 tấn/ngày và do bùn trầm tích

là 0,5 tấn/ngày [22]

Hình 1.1: Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải của một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch 1.3 Tổng quan về hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Hà Nội

Trong đô thị: Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất

và gọi chung là nước thải đô thị Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước khác, 36% là nước thải sản xuất Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố Khoảng 65-85% lượng nước cấp cho 1 nguồn trở thành nước thải

Hình 1.2: Hệ thống thoát nước chung điển hình tại các đô thị Việt Nam

Nguồn: World Bank, 2013 [17]

Hệ thống thoát nước bề mặt được xây dựng ở hầu hết các đô thị với mục tiêu ban đầu nhằm thu gom nước mưa và chống úng ngập Về sau, do dân cư ngày càng đông, các hộ gia đình cần phải thoát nước thải của mình Nhu cầu này được đáp ứng bởi hệ thống thoát nước mưa, và hệ thống này trở thành hệ thống thoát nước chung, thu gom cả nước mưa và nước thải trong cùng một mạng lưới cống Sau này, hệ thống thoát nước riêng được xây dựng ở một số nơi ở Việt Nam, thu gom riêng lượng nước thải và loại bỏ nước mưa và nước chảy tràn bề mặt; tuy nhiên số lượng

hệ thống thoát nước riêng hiện còn rất hạn chế

Thành phố lớn đầu tiên ở Việt Nam phát triển hạ tầng thoát nước là Hà Nội với hai hệ thống thu gom và xử lý nước thải phục vụ khu vực hồ Kim Liên và Trúc Bạch, đi vào hoạt động từ năm 2005 Hai trạm này có công suất nhỏ (Kim Liên có công suất là 3.700 m3

/ngày và Trúc Bạch là 2.300 m3/ngày) Các trạm xử lý nước thải này giúp giảm ô nhiễm cho các mương, hồ tiếp nhận nước thải và nước mưa chưa xử lý Hai trạm đều áp dụng công nghệ bùn hoạt tính cải tiến (A2O) Mỗi trạm chỉ xử lý một phần nhỏ của khu vực tiêu thoát nước [17]

Hình 1.3: Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam

Nguồn: World Bank, 2013 [17]

Nhà máy xử lý nước thải Bắc Thăng Long được xây dựng để phục vụ khu vực dân

cư có số dân dự kiến là 150.000 người Mặc dù nhà máy đã vận hành từ năm 2009, tuy nhiên hệ thống cống thoát nước chung để phục vụ khu vực này vẫn chưa được thi công Chính vì vậy phải dẫn nước thải với lưu lượng 7.000 m3/ngày đã xử lý sơ

bộ từ một khu công nghiệp gần đó đến nhà máy Bắc Thăng Long để tiếp tục xử lý; tuy nhiên lượng nước này chỉ đạt 17% tổng công suất thiết kế là 42.000m3

/ngày [17]

Thành phố Hà Nội mới xây dựng nhà máy xử lý nước thải Yên Sở có công suất 200.000 m3/ngày áp dụng công nghệ xử lý bùn hoạt tính phản ứng theo mẻ (SBR) Phạm vi phục vụ là tất cả các tuyến cống thoát nước dẫn đến sông Kim Ngưu (125.000m3

/ngày) và sông Sét (75.000m3/ngày) Sông Kim Ngưu và sông Sét được sử dụng để dẫn cả nước mưa và nước thải đến nhà máy Thời gian lưu nước trên hệ thống cống và sông thoát nước dài khiến nồng độ BOD trong nước thải giảm

sẽ làm mất cân đối tỷ lệ giữa Cacbon và Nitơ trong nước thải thô, khiến nhà máy gặp khó khăn trong việc đạt tiêu chuẩn xả thải đặc biệt với chỉ tiêu chất dinh dưỡng (Nitơ) [17]

Bảng 1.2: Đánh giá hiệu quả xử lý của 4 nhà máy XLNT đô thị tại TPHN

Nguồn: World Bank 2013 [17]

Một số nhà máy như Kim Liên, Trúc Bạch có công suất hoạt động cao hơn công suất thiết kế trong khi các nhà máy còn lại đều hoạt động dưới công suất thiết

kế Nhà máy có công suất hoạt động thấp nhất là Bắc Thăng Long với công suất chỉ đạt 18,4% do nhà máy tiếp nhận nước thải từ khu công nghiệp gần đó chứ không phải từ khu dân sinh như dự kiến ban đầu Đây là bằng chứng cho thấy hiệu quả đầu

tư kém do không thi công đồng bộ công trình xử lý nước thải và mạng lưới thu gom cũng như chưa thực hiện chương trình khuyến khích thực hiện đấu nối hộ gia đình

Hình 1.4: Công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế của 4 nhà

máy XLNT đô thị tại TPHN

Nguồn: World Bank, 2013 [17]

1.4 Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông

1.4.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học như Cacbonhidrat, protein, chất béo… thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm Trong nước thaỉ sinh hoạt, có khoảng 60-80% lượng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân huỷ sinh học Chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, vì khi bị phân huỷ các chất này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nước, dẫn đến chết tôm cá

Các chất hữu cơ bền vững Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân huỷ trong môi trường Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật

Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và

từ đó đi vào cơ thể con người Các chất polychlorophenol(PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated biphenyls), các hydrocacbon đa vòng ngưng tụ(PAHs: polycyclic aromatic hydrocacbons), các hợp chất dị vòng N, hoặc

O là các hợp chất hữu cơ bền vững Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp, nước chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng…) Các hợp chất này thường là các tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường

Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong các dung môi hữu

cơ Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp Dầu thô có chứa hàng ngàn các phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các Hidro cacbon có số cacbon từ 2 đến 26 Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu DO2, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác còn chứa các chất độc như PAHs, PCBs,…Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ

1.4.2 Ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông

Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm hợp chất hữu cơ trong nước sông có thể do nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do mưa rơi xuống mặt đất kéo theo các chất bẩn như cặn bã, dầu mỡ… xuống sông hồ hoặc tràn qua nắp đậy các hố ga chảy vào hệ thống thoát nước thải

Sự nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu do nước thải vùng dân cư đô thị, công nghiệp cũng như tàu thuyền xả ra Các tác nhân gây ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo điển hình có thể kể đến như:

- Nước thải sinh hoạt: Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5 -10%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450% mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

- Nước thải sản xuất, công nghiệp: Là loại nước thải sau quá trình sản xuất, phục thhuộc loại hình công nghiệp Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn Nhiều lĩnh vực công nghiệp tiêu thụ và thải ra một lượng nước khổng lồ trong

đó chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, điển hình có thể kể đến các loại hình nước thải như nước thải chăn nuôi, nước thải sản xuất tinh bột sắn, nước thải sản xuất đường mía,…

Tốc độ đô thị hóa nhanh, sự phát triển mạnh của các ngành công nghiệp cùng

sự gia tăng mật độ dân số là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nguồn nước tại Hà Nội Ô nhiễm nguồn nước gây ra nhiều hệ lụy xấu ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống

và sức khỏe của người dân thủ đô Nước thải mà cư dân thủ đô cùng các nhà máy công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp thải ra chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọngnhư là chất hữu cơ, dầu mỡ, kim loại năng, dung môi cùng nhiều kim loại khác

Có nhiều nguyên nhân khác nhau khiến môi trường nước ở Hà Nội bị ô nhiễm nghiêm trọng bao gồm các nguyên nhân chủ quan và nguyên nhân khách quan

Nguyên nhân khách quan

- Dân số trên địa bàn thành phố Hà Nội cũng như cả nước tăng lên với số lượng nhanh chóng kéo theo lượng nước thải cũng tăng theo

- Các ngành công nghiệp phát triển, các nhà máy, khu công nghiệp mọc lên nhanh chóng Lượng chất thải, nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp này chưa được

xử lý triệt để đã thải ra môi trường bên ngoài gây ô nhiễm môi trường nước

- Hệ thống cấp thoát nước của thành phố xuống cấp nhưng chưa được đầu

tư xây dựng tu bổ khiến cho lượng nước thải bị thất thoát ra ngoài môi trường gây ô nhiễm nguồn nước ngầm tự nhiên

Nguyên nhân chủ quan

- Phần lớn người dân trên địa bàn thành phố chưa có ý thức về bảo vệ môi trường nước, bảo vệ nguồn nước cũng như các sống ngòi ao hồ tự nhiên Người dân vẫn xả rác, nước thải ra các sông hồ một cách tự nhiên

- Việc quy hoạch đô thị chưa nghiên cứu kỹ tới vấn đề môi trường nước và những biện pháp hạn chế ô nhiễm môi trường nước

- Các doanh nghiệp, nhà máy, xí nghiệp chưa có ý thức bảo vệ môi trường chưa chú trọng đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn, đầu tư vào các thiết

bị hiện đại như máy ép bùn ứng dụng trong công tác xử lý nước thải

1.4.3 Các biện pháp giảm thiểu ô 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 sông Bộ phận công 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 nguyên 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 hoá học Sơ đồ công nghệ, cấu tạo và chế độ vận hành

các công 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 sông nội đô)

1.4.3.3 Tăng cường quá 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 loãng nước sông với nước thải, làm giàu oxy cho

hồ và quá trình sinh học, hoá học chuyển hoá các chất ô nhiễm trong sông

 Tăng cường quá trình pha loãng nước sông 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 ô nhiễm tại điểm tính toán 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)

 Tăng cường quá trình chuyển hoá 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 trò 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 quá trình chuyển hoá 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 công nghệ Cao Láng Hoà 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 công 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 ô nhiễm từ tầng đáy và bùn cặn

 Nạo vét lòng sông

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 quá trình nạo vét Khi đó nước sông 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 quá nhiều nên dòng sông vẫn bị ô nhiễm nặng Phương tiện máy móc được sử dụng phần lớn trong các cộng đoạn nạo vét lòng sông và khơi thông dòng chảy thế nhưng

có nhiều đoạn sông công nhân phải trực tiếp thực hiện dưới dòng nước đen ngòm bốc mùi hôi thối

Hình 1.5: Hình ảnh nạo vét sông Tô 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 sông hồ

 Thông 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 thông 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 không 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 Ngoài ra các khí độc H2S, NH3, CH4 ở tầng nước đáy được đưa lên và khuyếch tán vào không 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 thông 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 không hoà 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

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 hòa tan trong nước sông Tô Lịch rất thấp, giá trị pH và DO của nước sông

Tô Lịch không 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 soát trong các hệ hở Vì vậy, trong trường hợp muốn cải thiện hiệu suất của quá trình hòa 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 công nghệ 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 không đổi, độ hòa tan của chất khí vào trong chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của chất khí đó Công 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 hòa 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 thông 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 không 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 quá trình hòa tan oxy vào nước tốt hơn

1.5.2.2 Mô hình hệ thiết bị sục khí quy mô 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 thông qua các lưu lượng kế có van điều chỉnh; điểm khác nhau giữa 3

mô đun chính là ở độ sâu sục khí Mô đun thứ nhất sẽ được sục khí ở độ sâu lớn nhất (tầng đáy), ngập phía dưới mặt nước một khoảng là 4 m; mô 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 hòa 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 mô 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 đổi tới chiều cao cột nước

Do quy mô 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, không có quá

trình tuần hoàn nước, không có lớp trầm tích đáy và tạm thời bỏ qua các yếu tố địa hình cũng như kết cấu của hệ thống thoát nước trong thực tế

Mô hình thí nghiệm của hệ thiết bị sục khí phục vụ quá trình nghiên cứu của luận văn được thể hiện trên hình 1.7

Hình 1.7: Mô hình hệ thiết bị sục khí PTN

Hệ thiết bị được thiết kế phục vụ nghiên cứu gồm 3 cột ống nhựa đại diện cho 3 mô đun với các điều kiện thí nghiệm khác nhau Cột ống được sử dụng trong nghiên cứu là loại ống nhựa acrylic trong suốt, đường kính ống  = 90 mm, chiều dài ống L = 2000 mm và độ dày thành ống W = 3 mm Các mô đun trong nghiên cứu được thiết kế với chiều cao cột nước là 4 m, vì vậy hai cột ống với chiều dài mỗi cột là 2 m sẽ được ghép lại với nhau bằng mặt bích được gia công từ nhựa mica

có sử dụng keo dán, tổng cộng cần 6 ống kích thước 90×3×2000 cho 3 mô đun Đáy của các cột có bố trí thêm van xả nước thải, phục vụ cho quá trình thay nước cũng như lau dọn vệ sinh sau các lần tiến hành thí nghiệm

Máy thổi khí sử dụng trong hệ thí nghiệm là model XU125D6 của Đức với các thông số kỹ thuật: áp suất thổi khí 1,3 bar; lưu lượng thổi khí là 2,7 m3

/phút và công suất tiêu thụ là 50W Lưu lượng kế đo dòng khí sử dụng trong hệ thí nghiệm là loại có van điều tiết, model DK 800-6 với dải đo dao động từ 50 – 500 lít/giờ

1.5.2.3 Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ

Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ đã được

nêu rõ trong “Hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ trên các sông nội đô thành phố Hà

Nội và giải pháp kỹ thuật sục khí cưỡng bức nhằm giảm ô nhiễm chất hữu cơ” [25]

Đồ thị thể hiện xu hướng diễn biến của nồng độ chất hữu cơ trong nước thải thí nghiệm trên mô đun 1 được thể hiện trên hình 1.8

Hình 1.8: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 1

Phương trình thể hiện mối tương quan giữa giá trị COD trong nước thải và thời gian sục khí của tầng mặt và tầng đáy trong mô đun 1 lần lượt có dạng:

y = -6,426ln(x) + 60,465 và y = -5,257ln(x) + 68,621 Trong đó: y đặc trưng cho nồng độ giá trị COD

x là thời gian tiến hành sục khí

Cả hai đường xu thế diễn biến DO đều cho thấy chiều hướng giá trị COD giảm dần theo thời gian sục khí; độ tin cậy của đường xu thế diễn biến tại tầng mặt đạt được trong mô đun 1 là khá cao với R2

= 0,9111, tầng đáy chỉ đạt R2 = 0,6277 Đường xu thế diễn biến COD của tầng mặt nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy chứng tỏ giá trị COD tại tầng mặt có chiều hướng giảm nhanh hơn (hệ

số a trong phương trình xu thế tại tầng mặt là là -6,426 và tầng đáy là -5,257) và đồng nghĩa với khả năng xử lý chất hữu cơ xảy ra tốt hơn tại tầng mặt

Tầng mặt

y = -6,426ln(x) + 60,465 R² = 0,9111

Tầng đáy

y = -5,257ln(x) + 68,621 R² = 0,6277

Dựa trên đường xu thế có thể thấy sau 12 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ tại tầng mặt đạt khoảng 51% và tại tầng đáy là 38% Sau 48 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ đạt được ở tầng mặt và tầng đáy lần lượt là 60% và 46%

Có thể thấy quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra ở hai tầng trong mô đun 1 là rất chậm bởi giá trị COD nước thải đầu vào là khá thấp, tuy vậy sau 48 tiếng xử thì giá trị COD ở cả hai tầng mặt và đáy đều đạt yêu cầu chất lượng nước mặt quy định trong QCVN 08:2015/BTNMT – Cột B2 Cả hai đường xu thế cũng dự báo nếu tiếp tục sục khí lâu hơn thì giá trị COD cũng có chiều hướng giảm thêm nhưng không nhiều, quá trình xảy ra sẽ chậm hơn so với các thời điểm ban đầu

Hình 1.9: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 2

Diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 2 và 3 được thể hiện trên các hình 1.9 và hình 1.10

Phương trình tương quan giữa giá trị COD và thời gian sục khí của tầng mặt

và tầng đáy trong mô đun 2 lần lượt là:

y = -6,665ln(x) + 60,142 và y = -6,385ln(x) + 64,922

Độ tin cậy của hai đường xu thế đạt được là tương đối cao, lần lượt là R2

= 0,8649 đối với tầng đáy và R2

= 0,8896 đối với tầng mặt Cũng như mô đun 1, đường xu thế diễn biến giá trị COD của tầng mặt trong mô đun 2 nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy với hệ số a trong phương trình xu thế tương

Tầng mặt

y = -6,665ln(x) + 60,142 R² = 0,8896

Tầng đáy

y = -6,385ln(x) + 64,922 R² = 0,8649

ứng là -6,665 nhỏ hơn so với tầng đáy là -6,385 Như vậy trong mô đun 2, quá trình hòa tan phân hủy chất hữu cơ trong nước xảy ra tốt hơn tại tầng mặt tương tự như trong mô đun 1

Đường xu thế cho thấy sau 48 tiếng sục khí, hiệu quả xử lý chất hữu cơ đạt được tại tầng mặt và tầng đáy lần lượt là 62% và 55%, giá trị COD thu được đảm bảo yêu cầu đối với chất lượng nước mặt quy định tại QCVN 08:2015/BTNMT – Cột B2 Giá trị COD ở cả hai tầng cũng sẽ có chiều hướng giảm nhưng rất chậm nếu tiếp tục tăng thời gian sục khí thêm

Hình 1.10: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 3

Đối với mô đun 3, phương trình xu thế diễn biến COD theo thời gian sục khí của tầng mặt và tầng đáy lần lượt là:

y = -7,357ln(x) + 59,214 và y = -7,174ln(x) + 65,227 Với độ tin cậy tương ứng là 0,8485 (tầng mặt) và 0,821 (tầng đáy) Tương tự như kết quả đã nêu trong mô đun 1 và 2, đường xu thế diễn biến COD của tầng mặt trong mô đun 3 nằm phía dưới đường xu thế diễn biến của tầng đáy với hệ số a trong phương trình xu thế lần lượt là -7,357 đối với tầng mặt và tầng đáy là -7,174 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải thí nghiệm trên mô đun 3 cũng xảy

ra tốt hơn tại tầng mặt so với tầng đáy Hiệu quả xử lý chất hữu cơ sau 48 tiếng sục

Tầng mặt

y = -7,357ln(x) + 59,214 R² = 0,8485

khí đạt 66% tại tầng mặt và 58% tại tầng đáy Giá trị COD sẽ tiếp tục giảm nhưng diễn ra rất chậm hơn nếu tiến hành sục khí lâu hơn

Tiến hành so sánh các đường xu thế biến đổi giá trị COD theo thời gian trên cùng một tầng nước giữa các mô đun với nhau, xu thế thay đổi của giá trị COD mẫu nước tại tầng mặt thí nghiệm trong 3 mô đun được thể hiện trên hình 1.11

Hình 1.11: Diễn biến giá trị COD tầng mặt theo thời gian của hệ sục khí

Hệ số tương quan R2

của đường xu thế diễn biến COD theo thời gian sục khí trên cả 3 mô đun đều đạt giá trị khả quan Đường xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian của mô đun 3 có độ cong lớn hơn và nằm dưới cùng so với đường xu thế của hai mô đun còn lại, ngoài ra hệ số a trong phương trình xu thế của mô đun 3 cũng thấp hơn (hệ số a = -7,357 so với a = -6,665 trong mô đun 2 và a = -6,426 trong mô đun 1) cho thấy khả năng phân hủy chất hữu cơ tầng mặt trong mô đun này tối ưu hơn so với hai mô đun 1 và 2 Đường xu thế của hai mô đun 1 và 2 nằm rất sát nhau, tuy nhiên hệ số a phương trình xu thế của mô đun 2 có giá trị nhỏ hơn

so với mô đun 1, điều đó chứng tỏ mức độ phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước (diễn ra tại tầng mặt) của mô đun 2 tốt hơn so với mô đun 1

So sánh khả năng xử lý chất hữu cơ của ba mô đun tại cùng một thời điểm là sau 8 tiếng sục khí nhận thấy hiệu suất xử lý (tầng mặt) của mô đun 3 đạt giá trị tốt nhất là 53%, các mô đun 2 và 1 lần lượt đạt 50% và 49% Có thể thấy hiệu suất xử

Mô đun 1

y = -6,426ln(x) + 60,465 R² = 0,9111

M ô đun 2

y = -6,665ln(x) + 60,142 R² = 0,8896

M ô đun 3

y = -7,357ln(x) + 59,214 R² = 0,8485

Thời gian sục khí (giờ)