nghiên cứu khả năng tự làm sạch của hồ đô thị bằng hệ thực vật nước

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

233
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA
HỒ ĐÔ THỊ BẰNG HỆ THỰC VẬT NƯỚC
RESEARCHING SELF-PURIFICATION CAPACITY OF CITY LAKE BY
PLANTS

SVTH: VÕ DIỆP NGỌC KHÔI - VĂN NGỌC PHÚ, lớp 03MT
NGUYỄN DƢƠNG QUANG CHÁNH, lớp 05MT
Trường Đại học Bách Khoa
GVHD: TS. TRẦN VĂN QUANG
Khoa Môi Trường, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo cáo trình bày kết quả xác định các hệ số tốc chuyển hóa chất bẩn của thực vật, áp
dụng vào mô hình chất lượng nước để kiểm soát ô nhiễm nước hồ đô thị.
SUMMARY
This report presents the result of detemining pollutant trasforming rate coefficient of plants,
using into the water-quality modeling to control pollution of lake water.

1. Mở đầu
Hồ có mặt tại hầu hết các đô thị và đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và điều hoà
nƣớc và khí hậu, tạo cảnh quan, và là nơi vui chơi giải trí của cộng đồng. Hiện nay, dƣới áp
lực của quá trình đô thị hoá, hệ thống thu gom nƣớc thải không hợp lý, ý thức của ngƣời dân
còn kém khiến tải lƣợng chất bẩn xả xuống hồ tăng nhanh là nguyên nhân chính gây ra ô
nhiễm nƣớc hồ đô thị. Vì vậy, việc khôi phục, giữ gìn và phát huy vai trò hồ đô thị đang là vấn
đề thời sự với câu hỏi đặt ra là: Cơ sở nào và công cụ gì góp phần quản lý hồ có hiệu quả và
kinh tế?
Trong công tác quản lý tổng hợp nguồn nƣớc, mô hình chất lƣợng nƣớc (MHCLN) là một
công cụ đắc lực, toàn diện và mang lại hiệu quả kinh tế cao. MHCLN cung cấp các cơ sở khoa

học giúp các nhà quản lý đề ra các giải pháp bảo vệ và khai thác hiệu quả nguồn nƣớc. Trên
thế giới đã có nhiều nghiên cứu về MHCLN, muốn áp dụng các mô hình này tại Việt Nam
phải có những nghiên cứu thực nghiệm để hiệu chỉnh các thông số cho phù hợp. MHCLN hồ
thƣờng đƣợc thiết lập và áp dụng cho đối tƣợng cụ thể, với mục đích mô phỏng các yếu tố đơn
nhƣ dinh dƣỡng, chất hữu cơ, sự phát triển của thực vật phù du và động vật phù du... đặc biệt
là oxy hòa tan, một trong những yếu tố quyết định đến chất lƣợng của nƣớc hồ.












Hình 1: Cân bằng oxy hòa tan trong hồ
Oxy hòa tan
Nitrat hóa
Khử nitrat hóa
Nhu cầu oxy
do hô hấp
Nhu cầu oxy
của bùn đáy
Bổ sung do quá
trình quang hợp
Nhu cầu oxy
Phân hủy sinh hóa

Trao đổi oxy
tự nhiên
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


234
Biến thiên nồng độ oxy hòa tan trong hồ đƣợc biểu diễn theo phƣơng trình:
NkLkADODOk
dt
dDO
nBHa

121
)()(


Trong đó
k
a
- Hệ số tốc độ khuếch tán oxy qua bề mặt thống, ngày
-1
;
k
d
- Hệ số tốc độ phân hủy các
chất hữu cơ, ngày
-1
;
k
n

- Hệ số chuyển hóa hợp chất nitơ, ngày
-1
; A - Nồng độ sinh khối tảo,
mg/l; DO - Nồng độ oxy hòa tan, mg/l; DO
BH
- Nồng độ oxy hòa tan trạng thái bão hòa, mg/l;
L- Nồng độ chất hữu cơ theo BOD, mg/l; N - Nồng độ các hợp chất chứa Nitơ, mg/l;
1

- Hệ
số tốc độ sản xuất oxy do quang hợp của một đơn vị sinh khối tảo, mgO/mgA
2

- Hệ số tốc độ tiêu thụ oxy do hơ hấp của một đơn vị sinh khối tảo, mgO/mgA;

- Hằng số
tốc độ sinh trưởng của tảo, ngày
-1
;

- Hệ số hơ hấp của tảo, ngày
-1

Giải phƣơng trình trên có thể mơ phỏng, dự báo diễn thế chất lƣợng nƣớc hồ. Vấn đề đặt ra
là phải xác định đƣợc các hệ số của phƣơng trình trong điều kiện thực tế để áp dụng cho từng
đối tƣợng cụ thể. Đặc biệt là các hệ số chuyển hóa chất bẩn của các loại thực vật nƣớc nhƣ
bèo, tảo là thành phần ln có mặt trong hồ.
Mục đích đề tài:
- Xác định hệ số tốc độ chuyển hóa chất bẩn của hệ thực vật nƣớc trong hồ đơ thị.
- Áp dụng các hệ số này vào mơ hình tốn mơ phỏng chất lƣợng nƣớc hồ.

2. Nội dung
2.1. Làm mơ hình
- Dùng thùng xốp: kích thƣớc 120cmx35cmx40cm.
- Đƣa thực vật vào mơ hình: cỏ vetiver, bèo đƣa vào thùng xốp với diện tích 90% mặt thống;
cấp sinh khối tảo.
- Các mơ hình đƣợc bố trí tại phòng thí nghiệm.




Hình 2: Bè cỏ vetiver Hình 3: Bèo Tây Hình 4: Tảo

BẢN VẼ CHI TIẾT CÁC MÔ HÌNH
CHI TIẾT BÈ CỎ VETIVER
1 2 3
4
5
6
MẶT CẮT ĐỨNG
MẶT BẰNG
CHÚ THÍCH:
1
MÔ HÌNH CỎ VETIVER
MÔ HÌNH BÈO TÂY
2
3
MÔ HÌNH TẢO
4
GIÁ ĐỢ BẰNG THÉP
5

BÈ XỐP
6
MÚT CỐ ĐỊNH CỎ VÀO BÈ


Hình 5: Bố trí các mơ hình Hình 6: Chi tiết mơ hình Hình 7: Lấy mẫu


Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

235

2.2. Vận hành mô hình
- Cấp nƣớc hồ đô thị có nồng độ xác định, mẫu nƣớc đƣợc pha từ nƣớc hồ cá và nƣớc phân
bùn bể phốt.
- Theo dõi sự biến thiên nồng độ chất bẩn của từng mô hình theo thời gian (ngày).
2.3. Xác định hệ số tốc độ chuyển hóa theo thời gian (ngày)
Giả thiết rằng, quá trình chuyển hóa (phân hủy) các chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng
khi đƣợc khuấy trộn trong điều kiện lý tƣởng đƣợc diễn ra theo phản ứng bậc nhất:
Ck
dt
dC
d


Trong đó
C – Nồng độ các chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng, mg/l
k – Hệ số tốc độ phân hủy hoặc hệ số chuyển hóa, ngày
-1

Xác định thực nghiệm:
tk
eCC
.
0
.



t
C
C
k
0
ln


Tƣơng ứng với mỗi thời điểm đo nồng độ C, xác định đƣợc k chính là hệ số góc của
đƣờng tiếp tuyến đƣờng cong lập bởi các giá trị thực nghiệm.
- Thực nghiệm 1: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của cỏ vetiver.
- Thực nghiệm 2: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của bèo tây.
- Thực nghiệm 3: xác định hệ số tốc độ khử COD, Amôn, Nitrat, Phốt phát của tảo.
2.4. Phương pháp: mô hình thực nghiệm.
3. Kết quả và thảo luận
Sau thời gian tiến hành các thực nghiệm, kết quả thu đƣợc thể hiện trong các đồ thị:
ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ COD
0
20
40
60

80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
t (ngày)
C (mg/l)
Cỏ
Bèo
Tảo

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ AMÔN
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
t (ngày)
C (mg/l)
Cỏ
Bèo
Tảo

Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi COD Hình 9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi Amôn

BIỂU ĐỒ BIỄU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ NITRAT
0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 2 4 6 8 10 12
t (ngày)
C (mg/l)
Cỏ
Bèo
Tảo

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ PHÔT PHAT
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2 4 6 8 10 12
t (ngày)

C (mg/l)
Cỏ
Bèo
Tảo

Hình 10: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên Nitrat Hình 11: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên phôtphat
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


236
* Thảo luận
Dựa vào hình 8 nhận xét:
- Tốc khử COD của bèo tây và cỏ vetiver tƣơng đƣơng.
- Tốc độ khử COD của tảo phụ thuộc vào mật độ sinh khối tảo.
Dựa vào hình 9 nhận xét:
- Tốc độ chuyển hóa amôn của cỏ vetiver mạnh hơn bèo tây, tuy nhiên cũng không đáng
kể.
- Tảo có khả năng chuyển hóa amôn mạnh, tuy nhiên nồng độ amôn thƣờng dao dộng do
tảo chết tạo nitơ hữu cơ sau đó thủy phân tạo ra amôn.
Dựa vào hình 10 nhận xét:
- Nồng độ nitrat của các mô hình ban đầu cao, sau một thời gian sẽ giảm dần do thực vật
hấp thu và do hàm lƣợng amôn cũng giảm dần theo thời gian.
- Nồng độ nitrat của mô hình tảo vào giai đoạn cuối thƣờng tăng tảo chết không hấp thu
nitrat.
Dựa vào hình 11 nhận xét:
- Các mô hình đều hấp thu phốt phát mạnh để tăng sinh khối, mô hình cỏ hấp thu phốt
phát mạnh hơn bèo tây.
- Nồng độ phốt phát của mô hình tảo giảm nhẹ trong những ngày cuối do một phần tảo
chết không hấp thu phốt phát.

Tổng hợp kết quả

Mô hình
Tải COD
(g/m
2
.ngày)
Tải NH
4
+
(g/m
2
.ngày)

Tải NO
3
-

(g/m
2
.ngày)
Tải PO
4
3-

(g/m
2
.ngày)
Cỏ 3.29 4.65 - 0.62
Bèo 3.5 4.12 - 0.55

Tảo 2.16 2.94 - 0.5

Bảng 1: Tổng hợp tải lượng chuyển hóa của các mô hình

Mô hình k
COD
(ngày
-1
) k
NH4
(ngày
-1
)

k
NO3
(ngày
-1
) k
PO4
(ngày
-1
)

Cỏ 0.192 0.339 0.279 0.293
Bèo 0.22 0.289 0.356 0.151
Tảo 0.116 0.102 0.164 0.093

Bảng 2: Tổng hợp hệ số chuyển hóa của các mô hình
* Thảo luận

- Mỗi mô hình có tốc độ chuyển hóa khác nhau.
- Tùy thuộc vào mật độ và đặc tính sinh trƣởng của mỗi loại thực vật mà các hệ số này có thể
thay đổi.

4. Kết luận và kiến nghị
4.1. Kết luận
- Thực vật nƣớc có khả năng thích nghi trong điều kiện nƣớc hồ bị ô nhiễm và góp phần tạo
cảnh quan.
- Thông qua các hệ số có thể đánh giá đƣợc khả năng chuyển hóa của từng loại thực vật nƣớc.
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

237
- Dùng thực vật nƣớc để kiểm soát nƣớc hồ đô thị theo công nghệ sinh thái là hợp lý, có kết
quả cao và có thể áp dụng các hệ số chuyển hóa vào mô hình CLN hồ.
4.2. Kiến nghị
- Lựa chọn thực vật nƣớc thích hợp để kiểm soát chất lƣợng nƣớc hồ (loại thực vật, mật độ,
mức độ kiểm soát sinh khối…)
- Áp dụng các hệ số này vào mô hình toán để mô phỏng chất lƣợng nƣớc hồ.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Trần Văn Quang, Bài giảng môn học Bảo vệ nguồn nước, Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại
học Bách Khoa, Đà Nẵng.
[2] Trần Văn Quang, Bài giảng Mô hình chất lượng nước, Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại
học Bách Khoa, Đà Nẵng.

Tiếng Anh
[3] Linfield C. Brown* and Thomas O. Barnwell, Jr.** (1987), The ennhanced stream water
quality models Qual2E an Qual2E-Uncas: Documentation and User manual. Department of

Civil Engineering, Tufts University, Medford, MA 02155.
[4] McGraw-Hill (1997), Surface Water-Quality Modeling, A Division of The McGraw-Hill
Companies.