Thiết kế mô hình wetland nhân tạo để nâng cao hiệu suất xử lý ô nhiễm tại các hồ đô thị

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 326 THIẾT KẾ MÔ HÌNH WETLAND NHÂN TẠO ĐỂ NÂNG CAO HIỆU SUẤT XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI CÁC HỒ ĐÔ THỊ DESIGN CONSTRUCTED WETLAND TO IMPROVE EFFECTIVE TREATMENT IN SOME URBAN LAKES. SVTH: HÀ THỊ KIM THANH Lớp : 04CSM, Khoa Sinh- Môi trường. GVHD: Th.S ĐOÀN THANH PHƢƠNG Khoa Sinh- Môi trường. TÓM TẮT Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế wetland nhân tạo để giải quyết vấn đề ô nhiễm tại các hồ đô thị (chủ yếu do phú dưỡng) đạt hiệu suất xử lý cao và thân thiện với môi trường. Hồ công viên 29/3 áp dụng mô hình này kết hợp với trồng cây chuối hoa (canna indica Bail) trong hồ hiếu khí để tăng hiệu quả xử lý và tạo cảnh quan cho hồ. ABSTRACT Research focuses on designing constructed wetland to resolve pollution issues in urban lakes (essentially due to eutrophication) with high treatment efficiency and friendly to environment. 29 Mar Park Lake is designed basing on above model which is combined with canna indica Bail in aerobic pond that improves treatment efficiency and makes a nice view. 1. Mở đầu: Ao hồ là tài sản vô giá của các thành phố trên thế giới. Hồ đô thị nói chung và hồ Công viên 29/3 nói riêng không chỉ là thắng cảnh, là di tích lịch sử mang lại nhiều giá trị tinh thần cho ngƣời dân sống trong khu vực nội thị mà còn có vai trò rất quan trọng trong việc điều tiết nƣớc mƣa, điều hòa khí hậu, chứa và làm sạch nƣớc thải. Tuy nhiên hiện nay các hồ đô thị đều bị ô nhiễm chủ yếu do phú dƣỡng[2]. Mặt khác, cùng với đô thị hóa, các hồ bị thu hẹp diện tích để lấy mặt bằng xây dựng, do đó những chức năng trên bị suy giảm, ảnh hƣởng lớn đến kinh tế, cảnh quan môi trƣờng sinh thái của các thành phố. Việc đánh giá, kiểm soát chất lƣợng nƣớc hồ đô thị đặc biệt là tình trạng phú dƣỡng trên cơ sở đó đề xuất các phƣơng án xử lý là một trong những công tác cần thiết để duy trì chức năng của hồ đô thị và nhấn mạnh tầm quan trọng trong phát triển xây dựng đô thị, tránh đƣợc hiện trạng san lấp hồ để lấy mặt bằng vì hồ bị ô nhiễm. Wetland nhân tạo đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải ở các nƣớc trên thế giới nhƣ một giải pháp thân thiện với môi trƣờng bằng công nghệ sinh thái, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định. Tại Việt Nam, phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng wetland nhân tạo còn khá mới mẻ, chƣa đƣợc áp dụng phổ biến. Xuất phát từ cơ sở trên chúng tôi chọn đề tài: “Thiết kế mô hình wetland nhân tạo để nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm tại các hồ đô thị”. 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu: Hồ Công viên 29/3, phƣờng Thạc Gián, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp thống kế, hồi cứu số liệu - Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích mẫu Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 327 0 20 40 60 80 100 120 140 1/8/2007 27/10/08 23/1/08 thời gian mg/l SS(mg/l) DO BOD5(mg/l) COD(mg/l) PO43- (mg/l) NH4+ NO3- TN TP Pb Zn Cd Bảng 3.1: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước hồ Công viên 29/3 Chỉ tiêu Phƣơng pháp phân tích pH, DO Winkler SS, TDS Phƣơng pháp trọng lƣợng COD Dựa vào KMnO4 BOD Phƣơng pháp pha loãng mẫu nƣớc và làm bảo hòa oxy hòa tan NO3 - Xác định bằng Natrixalixilat PO4 3- Thuốc thử Sunpho Molypdic N tổng Dựa vào chuẩn độ H2SO4 tiêu tốn trong định phân (NH4)2B4O7 Cd Thuốc thử difenylthiocacbazon Zn Thuốc thử dithizon - Phƣơng pháp thiết kế wetland nhân tạo 2.3. Quy trình nghiên cứu Bước 1: Xác định mục đích đối tƣợng nghiên cứu. Bước 2: Lấy mẫu và phân tích mẫu nƣớc mặt hồ Công viên 29/3. Bước 3: Phân tích số liệu. Bước 4: Tham khảo một số mô hình wetland nhân tạo phù hợp với hồ Công viên 29/3. Bước 5: Thiết kế mô hình wetland nhân tạo nhằm tối ƣu hóa việc xử lý ô nhiễm. Bước 6: Tính hiệu suất xử lý 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả khảo sát chất lượng nước hồ Công viên 29/3 qua 2 mùa Chất lƣợng nƣớc ở hai mùa dao động đáng kể, các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc vào mùa kiệt (tháng 8) cao hơn so với mùa mƣa. Các chỉ tiêu hóa học (BOD, COD) vƣợt quá tiêu chuẩn giới hạn cho phép. Vào mùa mƣa lƣợng nƣớc hồ đƣợc pha loãng và đối lƣu của hồ lớn nên khả năng tiếp nhận của hồ lớn, chất lƣợng nƣớc sạch hơn. Biểu đồ 3.1: Kết quả phân tích một số chỉ số đánh giá chất lượng nguồn nước mặt hồ Công viên 29/3 qua 3 đợt Biểu đồ 3.2: Kết quả phân tích BOD qua 3 đợt so sánh với TCVN cột B 7.1 6.2 8 2.9 2.6 9.98 0 2 4 6 8 10 12 1/8/2007 27/10 23/1/08 thời gian mg /l N tổng P tổng Biểu đồ 3.3: Kết quả phân tích N tổng, P tổng qua 3 đợt so sánh với TCVN cột B 0 10 20 30 40 50 60 70 mg/l BOD5 08/01/2007 27/10/08 23/1/08 TCVN Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 328 - BOD ở mùa khô cao hơn mùa mƣa 4.11 lần và cao hơn TCVN chứng tỏ lƣợng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nƣớc lớn, nƣớc có mức độ ô nhiễm cao. - Nito và Photpho là hai nguồn dinh dƣỡng quan trọng cho các sinh vật thủy sinh. Với nồng độ xuất hiện trong hồ chúng là môi trƣờng tốt cho sự phát triển của tảo, gây ra phú dƣỡng hồ. 3.2. Cải tạo hồ Công viên 29/3 dựa trên mô hình wetland nhân tạo 3.2.1. Thiết kế hệ thống thoát nước Thiết kế hệ thống thoát nƣớc ở hai mạng kênh riêng biệt: - Hệ thống thoát nƣớc thải sinh hoạt - Hệ thống thoát nƣớc mƣa chảy tràn 3.2.3. Thiết kế wetland nhân tạo dựa trên việc cải tạo hồ Công viên 29/3. Bảng 3.2: Thông số thiết kế cải tạo hồ công viên 29/3 dựa trên mô hình wetland nhân tạo Phần 1: hồ kị khí Phần 2: hồ tùy nghi Phần 2: hồ hiếu khí Mùa kiệt Mùa mƣa Mùa kiệt Mùa mƣa Mùa kiệt Mùa mƣa Diện tích (ha) 0.8 2,2 8 Độ sâu 4 5 1 1.5 0.5 0.7 Thể tích bể(m3) 32000 40000 22000 33000 40000 56000 Kích thƣớc bể(m) dài*rộng*cao 110x67x4 110x67x5 180x128x1 180x128x1.5 339x175x0.3 339x175x0.5 Công trình phụ Đập tràn Đập tràn Dãi chuối hoa Vòi phun nƣớc Hình 3.1: Mặt cắt dọc các hồ sinh học (hồ kị khí, hồ tùy nghi, hồ hiếu khí) L w GHI CHÚ L: 0.4-0.5 m w: 0.2-0.4 m h: 0.3-0.4 m 0.5m 0.7m a: mùa mƣa - b: mùa kiệt Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 329 Hình 3.2: Kích thước đập tràn Hình 3.3: Hồ công viên 29/3 thiết kế dựa trên mô hình wetland nhân tạo GHI CHÚ 1: cống nƣớc thải tập trung 2: đập tràn 3. dãi thực vật : đƣờng đi của dòng nƣớc : vòi phun nƣớc : dòng nƣớc thải ra nguồn tiếp nhận. 1 2 2 3 Lớp sỏi 60cm Lớp cát 40cm Lớp nƣớc 30- 50cm Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 330 3.2.Tính toán hiệu suất xử lý nước qua hệ thống hồ sinh học: Bảng 3.3: Nồng độ các chất dinh dưỡng giảm khi qua hệ thống hồ sinh học nồng độ vào hồ Hồ kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí Không trồng chuối hoa Có trồng chuối hoa TN (Nito tổng) Mùa kiệt 7.4 4.7 2.5 2.3 1.9 Mùa mƣa 13 8.2 4.3 4 3.2 TP (Photpho tổng) Mùa kiệt 3.62 2 1.4 0.98 0.7 Mùa mƣa 10.08 5.6 3.92 2.74 1.9 Biểu đồ 3.4: Hiệu suất xử lý TN và TP qua mùa mưa và mùa kiệt sau khi qua wetland nhân tạo Sau khi qua wetland nhân tạo, hàm lƣợng TN và TP tổng đƣợc giảm đáng kể, không gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận. 4. Kết luận và kiến nghị 4.1. Kết luận - Chất lƣợng nƣớc trong hai mùa có sự dao động đáng kể, nƣớc hồ đang có dấu hiệu bị ô nhiễm. - Hồ công viên đƣợc thiết kế cải tạo dựa trên mô hình wetland nhân tạo gồm 3 hồ( kị khí, tùy nghi, hiếu khí), tạo điều kiện thuận lợi cho hệ vi sinh vật hoạt động, kết hợp trồng cây chuối hoa (Canna indica Bail) làm tăng hiệu suất của quá trình xử lý nƣớc. - Các chất dinh dƣỡng sau khi đƣợc vi sinh vật chuyển hóa, thực vật hấp thu, nồng độ còn lại thấp không gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận. 4.2. Kiến nghị - Phải có những nghiên cứu cụ thể về lƣu lƣợng nƣớc thải, nồng độ, thành phần nƣớc thải đổ vào hồ trƣớc khi áp dụng xử lý để đƣa ra phƣơng án xử lý tối ƣu (quyết định qui trình xử lý hóa học hay sinh học). 7.4 4.7 2.5 1.9 13 8.2 4.3 3.2 0 2 4 6 8 10 12 14 mùa kiệt mùa mưa mg/l nồng độ vào hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí 3.62 2 1.4 0.7 10.08 5.6 3.92 1.9 0 2 4 6 8 10 12 mùa kiệt mùa mưa mg/l nồng độ vào hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí m g/ l 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 % HIỆU SUẤT mùa mưa a) Hiệu suất xử lý TN trong mùa kiệt 0 10 20 30 40 50 Hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí m g/ l 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 % HIỆU SUẤT mùa mưa b) Hiệu suất xử lý TN trong mùa mƣa 0 10 20 30 40 50 60 Hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí m g/ l 0 0.5 1 1.5 2 2.5 % HIỆU SUẤT mùa mưa a) Hiệu suất xử lý TP trong mùa kiệt 0 10 20 30 40 50 60 Hồ Kị khí Hồ tùy nghi Hồ hiếu khí m g/ l 0 1 2 3 4 5 6 % HIỆU SUẤT mùa mưa b) Hiệu suất xử lý TP trong mùa mƣa TN TP Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008 331 - Vận hành mô hình wetland nhân tạo nhằm cải tạo chất lƣợng nƣớc hồ công viên cần chú ý đến duy trì bão dƣỡng để cho hiệu quả xử lý đạt tốt nhất: nạo vét bùn định kì, thay thế, thu vớt thực vật trong hồ hiếu khí tránh tình trạng khi chết đi gây bồi lấp, già hóa hồ công viên - Có phần mềm thiết kế tổng quát có thể áp dụng cho tất cả các hồ nội thành với chức năng xử lý ô nhiễm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Việt Anh. Bộ Tài nguyên môi trƣờng. 2007. Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam. [2] Nguyễn Lân Dũng. Công nghệ mới để làm sạch ao hồ trong thành phố, 30/07/2005. [3] Hoàng Đàn. Xử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây, công nghệ mới đem lại nhiều lợi ích cho môi trường. [4] Lê Văn Khoa. 2005. Đất ngập nước, Trang 4. NXB Giáo Dục. [5] Nguyễn Thị Loan. Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 2007. Nghiên cứu sử dụng các hệ thống wetland nhân tạo để xử lý nước thải tại làng giấy Phong Khê [6] Joe Gelt, College of agriculture and life sciences the university of Arizona, Constructed Wetlands: Using Human Ingenuity, Natural Processes to Treat Water, Build Habitat.