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

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

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 109 trang tài liệu này.

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 TP HN 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 P TN 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 : P hạm 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 PO43- 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 mù a 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 PO43- 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 H2 O2 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

1.1.2.1 Dân số

Tính đến năm 2018, dân số Hà Nội là 8.215.000 người, 55% dân số (tức 4,5 triệu người) sống ở thành thị, 3,7 triệu người sống ở nông thôn (45%). Mật độ dân số trung bình của Hà Nội là 2.505 người/km². Mật độ dân số cao nhất là ở quận Đống Đa lên tới 35.341 người/km², trong khi đó, ở những huyện ngoại thành như Sóc Sơn, Ba Vì, Mỹ Đức, Ứng Hòa mật độ dưới 1.000 người/km² [27].