ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

Nguyễn Việt Hoàng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP SỤC KHÍ CƯỠNG BỨC
ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – Năm 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

Nguyễn Việt Hoàng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIỆN PHÁP SỤC KHÍ CƯỠNG BỨC
ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số:

60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................3
1.1. Tổng quan về sông Tô Lịch....................................................................................3
1.1.1. Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình..........................................................................3
1.1.2. Hệ thống thoát nước thải lưu vực sông Tô Lịch ...............................................4
1.1.3. Thực trạng ô nhiễm nguồn nước sông Tô Lịch .................................................6
1.2. Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông ..........................12
1.2.1. Phân loại các hợp chất hữu cơ .......................................................................12
1.2.2. Ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông ............................................................15
1.3. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ trong nước sông ......................................17
1.3.1. Phương pháp sinh học.....................................................................................17
1.3.2. Phương pháp hóa lý ........................................................................................17
1.3.3. Công nghệ ứng dụng trong xử lý chất hữu cơ trong nước thải ......................18
1.3.4. Khả năng tự làm sạch của nguồn nước mặt ...................................................20
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................25
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................28
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................28
2.1.1. Chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch ............................................................28
2.1.2. Hệ thiết bị sục khí ............................................................................................29
2.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................30
2.3. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................30
2.3.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................................32
2.3.2. Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm ......................................................34
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................38
3.1. Chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch ................................................................38
3.1.1. Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô ............................38
3.1.2. Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa mưa ...........................42
3.2. Ảnh hưởng của độ sâu sục khí đến nồng độ oxy hòa tan trong nước ..............48

Hình 5. Tỷ lệ các loại nước thải của khu vực trung tâm TPHN ............................................... 10
Hình 6. Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải của một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô
Lịch ........................................................................................................................................... 12
Hình 7. Ảnh hưởng của ô nhiễm do các chất hữu cơ tới chất lượng dòng sông ...................... 22
Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ sâu đến hàm lượng oxy hòa tan.................................. 24
Hình 9. Mô hình hệ thiết bị sục khí........................................................................................... 29
Hình 10. Sơ đồ trình tự, phương pháp nghiên cứu ................................................................... 31
Hình 11. Vị trí lấy mẫu quan trắc sông Tô Lịch ....................................................................... 33
Hình 12. Thiết bị lấy mẫu tầng nước kiểu ngang ..................................................................... 34
Hình 13. Sơ đồ hệ thiết bị sục khí ............................................................................................. 36
Hình 14. Giá trị pH và DO của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ................... 38
Hình 15. Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ........................... 39
Hình 16. Nồng độ một số chỉ tiêu ô nhiễm N tại các điểm quan trắc trên sông Tô Lịch trong
mùa khô .................................................................................................................................... 41
Hình 17. Nồng độ PO43- và Pts tại các điểm quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô................. 42
Hình 18. pH và DO các mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch trong mùa mưa ........................... 43
Hình 19. Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa ............................. 44
Hình 20. Nồng độ của một số chỉ tiêu ô nhiễm N tại các điểm quan trắc sông Tô Lịch trong mùa
khô ............................................................................................................................................ 45
Hình 21. Nồng độ PO43- và Pts tại các điểm quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa ....................... 46
Hình 22. Mô đun 1 - Ảnh hưởng của chiều sâu sục khí đến DO trong nước ........................... 49
Hình 23. Mô đun 2 - Ảnh hưởng của chiều sâu sục khí đến DO trong nước ........................... 50
Hình 24. Mô đun 3 - Ảnh hưởng của áp suất sục khí đến DO trong nước ............................... 52
Hình 25. Xu thế biến đổi DO theo thời gian sục khí đối với mô đun 1 .................................... 54
Hình 26. Xu thế biến đổi DO theo thời gian sục khí đối với mô đun 2 .................................... 55
Hình 27. Xu thế biến đổi DO theo thời gian sục khí đối với mô đun 3 .................................... 55
Hình 28. Xu thế biến đổi DO tầng mặt của hệ sục khí ............................................................. 56
Hình 29. Xu thế biến đổi DO tầng đáy của hệ sục khí ............................................................. 57




NTBV

Nước thải bệnh viện

NTSH

Nước thải sinh hoạt

NTSX

Nước thải sản xuất

TPHN

Thành phố Hà Nội


MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong thời kỳ mà quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn một cách
nhanh chóng và mạnh mẽ hơn theo từng ngày, song song với đó là quá trình đô thị hóa
trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung và mở rộng phát triển TPHN nói riêng, nhu cầu
về sử dụng nước cho các hộ dân sinh, tổ chức, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất…ngày một
gia tăng, kéo theo đó là mức xả nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và các loại nước
thải dịch vụ khác cũng tăng lên. Chính bởi lẽ đó mà chất lượng môi trường nước đang
ngày càng bị suy thoái một cách nghiêm trọng, đặc biệt là các nguồn nước mặt, nơi trực
tiếp tiếp nhận các dòng ô nhiễm thải vào. Những nguồn gây ô nhiễm trực tiếp trên các
hệ thống thoát nước đang ngày càng xuất hiện nhiều, đa dạng về nguồn gốc và khó kiểm
soát [15; 16; 32].
Nằm trong khu vực trung tâm TPHN, bốn con sông đóng vai trò như là hệ thống

sự phát triển về sinh khối, do vậy việc đảm bảo nguồn oxy trong nước dồi dào để tạo
thuận lợi cho quá trình sinh trưởng của các vi sinh vật là điều hết sức quan trọng. 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.
Xuất phát từ những thực tiễn trên, với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng
phương pháp xử lý sinh học mà cụ thể là phương pháp sục khí ứng dụng trong xử lý
thành phần hữu cơ trong nước sông đô thị, đề tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của
phương pháp sục khí cưỡng bức đến khả năng xử lý chất hữu cơ trong nước sông Tô
Lịch” đã được tiến hành. Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:
 Đánh giá thực trạng ô nhiễm và chất lượng nguồn nước sông Tô Lịch.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu sục khí đến khả năng hòa tan oxy vào nước.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu sục khí đến khả năng xử lý chất hữu cơ trong
nước sông Tô Lịch.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về sông Tô Lịch
1.1.1. Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình
Sông Tô Lịch là một con sông nhỏ chảy trong địa phận thủ đô Hà Nội; dòng chính
sông Tô Lịch khi chảy qua các quận huyện như Thanh Xuân, Hoàng Mai và Thanh Trì
còn được gọi là Kim Giang. Sông Tô Lịch là một đường bao của kinh đô Thăng Long
xưa và là một cạnh của tứ giác nước Thăng Long. Tô Lịch vốn từng là một phân lưu của
sông Hồng, đưa nước từ thượng lưu ở sông Hồng sang sông Nhuệ; đến đoạn trung lưu


Chiều dài Chiều rộng Độ sâu
(km)
(m)
(m)

Diện tích
khu tiêu thoát
(ha)

Tô Lịch

13,5

30 – 45

3–4

6.820

Kim Ngưu

12,2

25 – 30

3–4

1.800


Hình 2. Các khu tiêu thoát và sông thoát nước thải khu vực trung tâm TPHN

5


Lưu vực thoát nước sông Tô Lịch được phân chia thành 8 khu tiêu thoát nước nhỏ,
trong đó có 4 con sông thoát nước chính đóng vai trò như là mạng lưới kênh thoát nước
thải cấp I là các sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu với tổng chiều dài
các sông là 38,2 km, chiều rộng trung bình từ 10 – 45 m [15].
Các sông thoát nước thải trong lưu vực sông Tô Lịch hiện nay có nhiệm vụ dẫn
nước thải và nước mưa của khu vực trung tâm TPHN tiêu thoát theo hai hướng: thoát
nước vào sông Hồng và thoát nước vào sông Nhuệ.

 Thoát nước vào sông Hồng
Sông Hồng nhận hầu hết lượng tiêu thoát nước của lưu vực sông Tô Lịch thông
qua cụm công trình đầu mối Yên Sở với trạm bơm Yên Sở có công suất thiết kế 90 m3/s.

 Thoát nước vào sông Nhuệ
Hiện nay, Công ty thoát nước Hà Nội vẫn đang khai thác vận hành Đập Thanh
Liệt, duy trì mức xả tối đa với công suất là 30 m3/s (khi mực nước sông Nhuệ thấp dưới
3,5m). Do mực nước sông Nhuệ thường phải duy trì ở mức nước khá cao để phục vụ
mục đích tưới tiêu trong nông nghiệp nên về lâu dài hướng tiêu thoát nước này chỉ được
coi là hướng tiêu thoát phụ [15].
1.1.3. Thực trạng ô nhiễm nguồn nước sông Tô Lịch
Từ nhiều năm nay, dưới sức ép của quá trình đô thị hóa, quy hoạch xây dựng không
đồng bộ cùng với sự thiếu ý thức của người dân sống ven sông đã làm cho diện tích sông
Tô Lịch bị thu hẹp, hành lang bảo vệ bị lấn chiếm ở nhiều đoạn, chất lượng nước sông
bị ô nhiễm nghiêm trọng do mỗi ngày có khoảng 382.000 m³ nước thải sinh hoạt và
nước thải công nghiệp [4] xả vào sông.
Qua khảo sát trong năm 2015 của Viện Nghiên cứu Cấp thoát nước và Môi trường,

Đơn vị: m3/ngày
Năm Lưu vực và KTT
2002
2004
2005
2008
2009

2013

KTT Tô Lịch
Trung tâm TPHN
Trung tâm TPHN
Trung tâm TPHN
Trung tâm TPHN
Trung tâm TPHN
KTT Tô Lịch
KTT Lừ
KTT Sét
KTT Kim Ngưu
KTT Hoàng Liệt
Trung tâm TPHN

Nước thải Nước thải Nước thải
sinh hoạt sản xuất bệnh viện

187.780

261.060


382.011
23.583
100.972
253.712
34.187
794.466

Nguồn: Nguyễn Hữu Huấn, 2015 [4]
Tổng lưu lượng xả nước thải sinh hoạt năm 2013 của khu vực trung tâm TPHN là
khoảng 291.163 m3/ngày đêm, trong đó lưu lượng xả thải vào KTT sông Tô Lịch là
nhiều nhất, chiếm tới 48,1% so với tổng lưu lượng xả nước thải sinh hoạt của toàn khu
vực. Lượng xả nước thải sinh hoạt tương ứng vào sông Kim Ngưu là 31,9%, sông Sét là
12,7%, sông Lừ là 3,0% và KTT Hoàng Liệt là 4,3% (Hình 4) [4].
Tổng lượng nước thải của khu vực trung tâm TPHN năm 2013 xấp xỉ 795.000
m3/ngày, trong đó lượng nước thải sản xuất bao gồm nước thải công nghiệp và nước thải
kinh doanh dịch vụ là 490.410 m3/ngày. Lượng nước thải công nghiệp ước tính năm
2011 là 100.000m3/ngày và chỉ có khoảng 30% là được xử lý [32]. Ước tính trong năm
2013, lưu lượng xả nước thải công nghiệp của khu vực trung tâm TPHN là khoảng
117.774 m3/ngày và nước thải dịch vụ là 337.136 m3/ngày. Tỷ lệ đóng góp các loại hình
nước thải khu trung tâm TPHN được mô tả trong Hình 5, trong đó tỷ lệ nước thải dịch
vụ là cao nhất, chiếm tới 47%, sau đó là nước thải sản xuất chiếm 36,6%, nước thải công

8


nghiệp chỉ đóng góp 14,8 % và nước thải bệnh viện có tỷ lệ đóng góp thấp nhất chỉ là
1,6% so với tổng lưu lượng xả thải [4].

Hình 4. Tỷ lệ xả NTSH của khu vực trung tâm TPHN vào các KTT
Nguồn: Nguyễn Hữu Huấn, 2015 [4]

CKD - CLU
CLU - CDA
CDA - DTL
Tổng

Diện tích
(km2)

6,64
2,27
7,95
0,66
0,92
0,76
8,07
27,27

Dân số
(1.000
người)

202,123
60,473
290,727
178,16
246,69
205,57
170,742
787,108


1,8
0,51
13,7
2,4
3,657
1,5
0,51
13,7
2,4
30,370
2,4
3,36
71,1
12,7
140,003
13,5
2,02
58,3
10,4

Nguồn: Nguyễn Hữu Huấn, 2015 [4]

10


Ghi chú:
HQV: Hoàng Quốc Việt

CGY: Cầu Giấy



Thải lượng chất ô nhiễm (tấn/ngày)
NTSH

NTSX

Tô Lịch

BOD5

100

57,9

109,3

14,0

27,8

41,8

COD

200

115,7

206,8


8,2

11,0

Pts

4

2,3

1,8

0,56

0,14

0,7

Nguồn: Tổng hợp [4, 34]
Tổng thải lượng chất ô nhiễm tính theo COD trong sông Tô Lịch là 96,3 tấn/ngày,
trong đó phần lớn nằm trong nước sông là 79 tấn/ngày, phần năm trong lượng bùn trầm

11


tích là 17,3 tấn/ngày. Tổng thải lượng chất ô nhiễm tính theo BOD5 trong 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 [4].
100%

của một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch
Nguồn: Tổng hợp [4, 34]
1.2. Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông
1.2.1. Phân loại các hợp chất hữu cơ
Dựa vào khả năng có thể bị phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật, các chất hữu
cơ có trong môi trường nước thường được chia thành hai loại:
a) Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học
Đó là các hợp chất protein, hidratcacbon, chất béo có nguồn gốc động vật và thực
vật. Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt (khoảng 60 –
80% lượng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân hủy sinh học), nước thải từ các xí nghiệp
chế biến thực phẩm. Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxy hòa tan trong nước

12


dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt. Có
thể biểu diễn quá trình phân hủy các chất hữu cơ thuộc loại này bằng sơ đồ chuyển hóa
dưới đây:

 Phân hủy hiếu khí:
vi sinh vật hiếu khí

Chất hữu cơ + O2 (hòa tan trong nước) →

CO2 + H2 O + năng lượng

Các vi sinh vật sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong nước để phân hủy chất hữu cơ
và làm suy giảm hàm lượng oxy trong nước.

 Phân hủy kỵ khí:

có khả năng gây ung thư. QCVN 08:2015/BTNMT quy định nồng độ tối đa của các hợp
chất phenol trong nước bề mặt dùng cho mục đích sinh hoạt chỉ là 0,005 mg/L.

 Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật hữu cơ
Hiện nay có hàng trăm, thậm chí hàng ngàn các loại hóa chất bảo vệ thực vật đang
được sản xuất và sử dụng với mục đích diệt sâu, côn trùng, nấm, diệt cỏ. Trong số đó
phần lớn là các hợp chất hữu cơ và chúng có thể được chia thành các nhóm:
 Photpho hữu cơ (malthion, methyl parathion,…)
 Clo hữu cơ (lindane, aldrin, dieldrin, DDT, 2,4-D, 2,4,5-T,…)
 Cacbamat (carbaryl, cacbofuran,…)
 Phenoxyaxetic (2,4-D, 2,4,5-T,…)
 Pyrethroid tổng hợp (allethrin, fenvalerate,…)
Hầu hết các chất này có độc tính cao đối với con người và động vật. Nhiều chất
trong số đó, đặc biệt là các clo hữu cơ bị phân hủy rất chậm trong môi trường, có khả
năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và con người. Nhiều loại trong số các hóa chất bảo
vệ thực vật có chứa tác nhân gây ung thư.

 Nhóm hợp chất dioxin
Dioxin là hai nhóm hợp chất tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất các hợp chất
hữu cơ clo hóa. Dioxin cũng được tạo thành khi đốt cháy các hợp chất clo hóa ở nhiệt
độ thấp (dưới 1000oC). Hai nhóm hợp chất này là polychlorinated dibenzo-p-dioxins
(PCDDs) và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs). Nhóm PCDD có 75 chất, trong đó
có một hợp chất được gọi là dioxin, đó là hợp chất 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin
(2,3,7,8-TCDD); nhóm PCDF có 135 chất.
Độc tính của các hợp chất dioxin rất khác nhau, độc nhất trong nhóm các hợp chất

14


loại này chính là 2,3,7,8-TCDD. Các chất ít độc nhất là các chất chỉ có chứa từ một đến



gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do mưa rơi xuống mặt đất, kéo
theo các chất bẩn xuống sông hồ hoặc do các sản phẩm sống, hoạt động phát triển của
sinh vật, vi sinh vật thậm chí cả xác chết của chúng.
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: chứa rất nhiều vi sinh vật, giun sán, cả vi sinh vật gây
bệnh, nhất là vi sinh vật gây bệnh đường ruột. Chúng chiếm một khối lượng đáng
kể trong các chất hữu cơ trong nước thải.
 Nước thải sản xuất, công nghiệp: 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,…
Trong nước thiên nhiên và nước thải thường tồn tại nhiều tạp chất, hợp chất hữu
cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, điển hình như protein, hợp chất hữu cơ chứa
nitơ, các loại phụ gia thực phẩm, chất thải của người và động vật,… Các hợp chất hữu
cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, bay hơi hoặc không bay hơi, dễ phân hủy
hoặc khó phân hủy,… Phần lớn các hợp chất hữu cơ trong nước thường đóng vai trò là
cơ chất đối với các loại vi sinh vật, nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng
lượng cho vi sinh vật.
Hợp chất hữu cơ nói chung rất đa dạng về chủng loại, tuy nhiên việc xác định riêng
rẽ từng loại chất hữu cơ về cơ bản là công việc khá khó và tốn kém. Chính vì vậy mà ta
thường xác định tổng lượng chất hữu cơ và lấy đó làm thông số đại diện chung. Cụ thể,
một vài thông số thường được chọn trong phân tích chất hữu cơ gồm TOC, COD,
BOD5,… Trong nước thải đô thị và một số loại nước thải công nghiệp điển hình, các
chất hữu cơ chủ yếu đều là các cacbonhydrat ở dạng dễ phân hủy bởi hoạt động của vi
sinh vật. Đối với những loại nước thải có đặc tính như vậy thường xác định tổng các
hợp chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD và BOD5. Hai đại lượng này có mối quan hệ