Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------------- Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------------- Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật môi trường 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà TS. Phạm Thị Thúy XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS. Nguyễn Thị Hà PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành theo chƣơng trình đào tạo Cao học hệ chính quy tập trung khóa 21 (2013 - 2015) tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thị Hà và TS. Phạm Thị Thúy, hai cô hƣớng dẫn khoa học, đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và dành những tình cảm tốt đẹp cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Môi trƣờng, Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng, các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã quan tâm giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Marsima Aqua System, Công ty Nikken, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo các điều kiện, cung cấp dữ liệu và cùng phối hợp triển khai các công tác. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, công nhân viên Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận văn. Do điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, các đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề nghiên cứu. Học viên Lại Ngọc Ca MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về hồ chứa và mục đích sử dụng ....................................................... 3 1.1.1. Trên thế giới .............................................................................................. 3 1.1.2. Tại Việt Nam ............................................................................................. 6 1.2. Hiện tƣợng suy giảm ôxy của các đập tại Việt Nam........................................... 7 1.3. Chất lƣợng nƣớc hồ chứa,các quá trình xảy ra trong hồ ................................... 11 1.3.1. Các vấn đề liên quan đến chất lƣợng nƣớc hồ chứa ................................ 11 1.3.2. Ô nhiễm do thiếu khí tại các hồ chứa ...................................................... 14 1.4. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ trên thế giới và Việt Nam ..... 16 1.4.1. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ trên thế giới .................. 16 1.4.2. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ tại Việt Nam................. 18 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 21 2.2. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................................... 21 2.2.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 21 2.2.2. Đặc điểm địa hình .................................................................................... 22 2.2.3. Đặc điểm khí tƣợng - thuỷ văn ................................................................ 23 2.2.4. Dòng chảy ................................................................................................ 25 2.2.5. Hiện trạng quản lý, sử dụng nƣớc tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình .................................................................................................... 25 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 26 2.3.1. Tổng quan tài liệu .................................................................................... 27 2.3.2. Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu ......................................................... 27 2.3.3. Thực nghiệm cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng phƣơng pháp cấp khí tầng sâu .............................................................................................................. 29 2.3.4. Phƣơng pháp xử lý, bảo quản mẫu, phân tích ......................................... 34 2.3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ....................................................................... 34 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 35 3.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình ...... 35 3.1.1. Biến thiên giá trị nhiệt độ, DO và ORP ................................................... 35 3.1.2. Biến thiên giá trị Fe và Mn ...................................................................... 41 3.2. Hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình............................................................ 46 3.2.1. Biến thiên nhiệt độ, DO và ORP ............................................................. 46 3.2.2. Biến thiên Fe và Mn ................................................................................ 49 3.3. Nguy cơ ô nhiễm nƣớc hồ trong tƣơng lai ........................................................ 56 3.4. Đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lƣợng nƣớc hồ .................................. 57 3.4.1. Giải pháp quản lý..................................................................................... 57 3.4.2. Giải pháp sử dụng nguồn nƣớc ................................................................ 57 3.4.3. Giải pháp về kỹ thuật ............................................................................... 58 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 59 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 61 PHỤ LỤC.................................................................................................................. 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tổng số các hồ chứa phân theo dung tích chứa ......................................... 6 Bảng 1.2. Chỉ tiêu phân định trạng thái phân tầng dựa trên tỷ lệ thay nƣớc α của hồ đập ................................................................................................................... 9 Bảng 1.3. Thống kê thông tin về các đập tại Việt Nam và dự đoán số lƣợng đập có vấn đề ..................................................................................................................... 9 Bảng 2.1. Một số đặc trƣng về khí tƣợng vùng dự án .............................................. 24 Bảng 2.2. Vận tốc gió theo các hƣớng ...................................................................... 24 Bảng 2.3. Thông tin cụ thể các vị trí lấy mẫu ........................................................... 29 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hồ Tchad vùng phía Tây châu Phi.............................................................. 3 Hình 1.2. Hồ Volta ở Ghana ....................................................................................... 4 Hình 1.3. Hồ Kariba ở Zimbabwe .............................................................................. 5 Hình 1.4. Hồ Rudolf ở phía Đông châu Phi ................................................................ 5 Hình 1.5. Số lƣợng đập lớn phân theo năm xây dựng ................................................ 8 Hình 1.6. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại hồ Trị An, tỉnh Đồng Nai .......................... 12 Hình 1.7. Nƣớc thải rửa quặng đƣợc xả thẳng ra suối dẫn vào Hồ Ba Bể ............... 13 Hình 1.8. Bè thực vật nổi trên hồ Fish Fry (Mỹ) ...................................................... 18 Hình 2.1. Hồ Trọng nhìn từ đập chính ...................................................................... 21 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng thể của luận văn ................................... 26 Hình 2.3. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu ............................................................................ 28 Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cấp khí tầng sâu ................................... 31 Hình 2.5. Chi tiết hình ảnh cấu tạo thiết bị ............................................................... 33 Hình 2.6. Các chai mẫu đƣợc bảo quản trong thùng chuyên dụng ........................... 34 Hình 3.1. Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 36 Hình 3.2.Sự phân tầng và xáo trộn của khối nƣớc theo mùa (A) với 2 đỉnh cao phát triển của tảo (B) liên quan đến sự biến đổi của các nhân tố môi trƣờng .......... 37 Hình 3.3. Sự phân tầng nhiệt của khối nƣớc hồ vùng ôn đới trong mùa hè ............. 37 Hình 3.4. Biến thiên giá trị DO thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 39 Hình 3.5. Biến thiên giá trị ORP thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 40 Hình 3.6. Biến thiên giá trị Fe thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 41 Hình 3.7. Biến thiên giá trị Fe tại các vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 43 Hình 3.8. Biến thiên giá trị Mn thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 44 Hình 3.9. Biến thiên giá trị Mn tại các vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 45 Hình 3.10. Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 47 Hình 3.11. Biến thiên giá trị DO thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 48 Hình 3.12. Biến thiên giá trị ORP thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 49 Hình 3.13. Biến thiên giá trị Fe thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ... 50 Hình 3.14. Biến thiên giá trị Fe tại các vị trí lấy mẫu thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 52 Hình 3.15. Biến thiên giá trị Mn thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu.. 53 Hình 3.16. Biến thiên giá trị Mn tại các vị trí lấy mẫu thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 55 Hình 3.17. Hoạt động nuôi cá lồng bè tại hồ Trọng ................................................. 56 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand) BYT: Bộ Y tế COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen demand) DO: Nồng độ oxy hoà tan (Disssolved Oxygen) GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) JICA: Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) ORP: Thế oxy hóa khử (Oxidation Reduction Potential) PE: Nhựa nhiệt dẻo (Polyethylene) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam Tb: Tế bào T-N: Tổng nitơ (Total nitrogen) TNHH: Trách nhiệm hữu hạn T-P: Tổng phôtpho (Total phosphorus) ĐẶT VẤN ĐỀ Hồ chứa thủy lợi có nhiệm vụ cấp nƣớc phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cắt lũ hạ du, cải tạo môi trƣờng và các nhiệm vụ kết hợp khác. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cả nƣớc có 6.663 hồ chứa với tổng dung tích khoảng 11 tỷ m3 [8]. Phần lớn các hồ chứa thủy lợi thƣờng có độ sâu trên 10 m ngay cả vào mùa khô. Ở các tầng nƣớc có độ sâu lớn hơn 10 m, nƣớc chịu ảnh hƣởng của phân tầng nhiệt và làm giảm hàm lƣợng oxy hòa tan, dẫn đến hiện tƣợng thiếu khí trong các tầng sâu của hồ chứa. Điều kiện thiếu khí trong các tầng nƣớc sâu của hồ chứa thủy lợi tác động nghiêm trọng đến chất lƣợng nƣớc của hồ, bao gồm sự phú dƣỡng và đặc biệt là giải phóng các kim loại nặng tồn tại trong trầm tích. Sự suy giảm nồng độ oxy tới mức thiếu hụt cho các chu trình hiếu khí kéo theo sự thay đổi hàm lƣợng của các ion kim loại trong các tầng nƣớc, trong đó đáng kể nhất là sự gia tăng đột ngột hàm lƣợng Fe và Mn. Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc hồ bị ảnh hƣởng dẫn đến sự thay đổi chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông phía dƣới hạ lƣu trực tiếp cấp nƣớc cho các mục đích sử dụng. Vì vậy, việc làm giàu oxy trong tầng sâu của các hồ chứa thủy lợi nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc của hồ chứa và nƣớc sông dƣới hạ nguồn chịu ảnh hƣởng từ việc thiếu oxy, giúp bảo đảm cung cấp nguồn nƣớc vệ sinh, hoạt động ngƣ nghiệp và môi trƣờng sinh hoạt ở các con sông dƣới hạ nguồn là một nhu cầu cần thiết đối với các hồ chứa của Việt Nam. Công nghệ cấp khí tầng sâu (Deep layer aeration system) đã và đang đƣợc sử dụng để cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ ở nhiều quốc gia. Ở Việt Nam, trong khuôn khổ hợp tác giữa JICA và Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, công nghệ này đang đƣợc bắt đầu thử nghiệm tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình. Tuy nhiên, hiệu quả của công nghệ này vẫn chƣa đƣợc kiểm chứng, đánh giá tại Việt Nam. Mặt khác, đối với vấn đề chất lƣợng nƣớc hồ chứa cần có giải pháp quản lý tổng hợp đáp ứng các yêu cầu về chất lƣợng nƣớc cấp. 1