Luận án: Cải thiện chất lượng nước hồ đô thị bằng giải pháp làm thoáng và bãi lọc trồng cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ỨNG THỊ THUÝ HÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP LÀM THOÁNG QUA HỆ THỐNG ĐỊNH HÌNH DÒNG CHẢY VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY Chuyên ngành Công nghệ môi trường nước và nước thải Mã số: 9520320-2 Hà Nội - Năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ỨNG THỊ THUÝ HÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP LÀM THOÁNG QUA HỆ THỐNG ĐỊNH HÌNH DÒNG CHẢY VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY Chuyên ngành Công nghệ môi trường nước và nước thải Mã số: 9520320-2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS LỀU THỌ BÁCH 2.TS TRẦN THỊ HIỀN HOA Hà Nội - Năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố ở bất kỳ nơi nào. Tác giả luận án Ứng Thị Thuý Hà ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Xây Dựng Hà Nội nơi tôi công tác và học tập; Phòng Quản lý đào tạo, đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lều Thọ Bách, PGS.TS Trần Thị Hiền Hoa đã hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong thời gian tôi thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, tập thể cán bộ Bộ môn Công nghệ và Quản lý Môi trường, Bộ môn Cấp thoát nước, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình tôi thực hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quỹ Nghiên cứu khoa học về Nước và Môi trường Kurita (KWEF); Bộ Giáo dục và Đào tạo; Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã hỗ trợ về kinh phí trong quá trình tôi thực hiện nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn UBND phường Kim Liên, quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi được xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trường phục vụ cho nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn Phòng thí nghiệm, Bộ môn Cấp thoát nước, Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội; Trung tâm Nghiên cứu phát triển Công nghệ và Quản lý Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình phân tích thí nghiệm để thực hiện nghiên cứu. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các nhà khoa học, các chuyên gia đã dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp những ý kiến quý báu cho luận án trong quá trình thực hiện.

Cuối cùng, tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia đình đã hết sức giúp tôi có hậu phương vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi, khích lệ và động viên tinh thần, giúp tôi hoàn thành luận án Tiến sỹ này. Tác giả luận án Ứng Thị Thuý Hà iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………….………i LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………ii MỤC LỤC………………………………………………………………………….iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………….viii DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………….x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………………….xii MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Nội dung chính nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án.

Những đóng góp mới của luận án. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC HỒ ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM VÀ CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ. Chức năng và hiện trạng sử dụng các hồ đô thị. Vai trò của các hồ đô thị.

Hiện trạng sử dụng các hồ đô thị ở Việt Nam. Hiện trạng ô nhiễm tại các hồ đô thị ở Việt Nam. Nguồn gốc gây ô nhiễm hồ đô thị. Hiện trạng ô nhiễm các hồ đô thị tại một số thành phố.

Hiện trạng ô nhiễm các hồ tại thành phố Hà Nội. Tổng quan các phương pháp kiểm soát chất lượng nước hồ. Các giải pháp trên thế giới. Các giải pháp ở Việt Nam.

Đề xuất nội dung nghiên cứu. CƠ SỞ KHOA HỌC CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC HỒ BỊ Ô NHIỄM BẰNG BÃI LỌC TRỒNG CÂY KẾT HỢP VỚI HỆ THỐNG ĐỊNH HÌNH DÒNG CHẢY. Cơ sở khoa học các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây. Khái niệm và phân loại bãi lọc trồng cây.

Cơ chế các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây. Vai trò của vi sinh vật và thực vật trong quá trình xử lý. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây. Động học quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong bãi lọc trồng cây.

Cơ sở khoa học của quá trình làm giàu ô-xy cho nước. Nguyên lý của quá trình làm thoáng tự nhiên. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình làm thoáng. Cơ sở khoa học và khả năng ứng dụng hệ thống định hình dòng chảy trong xử lý nước hồ bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt.

Khái niệm và nguyên lý hoạt động của mẫu định hình dòng chảy. Hình thái dòng chảy của mẫu định hình dòng chảy. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bổ cập ô-xy của hệ thống định hình dòng chảy. Khả năng kết hợp BLTC và hệ thống định hình dòng chảy để xử lý nước hồ bị ô nhiễm bởi nước thải đô thị.

Quá trình xử lý các chất hữu cơ. Quá trình xử lý các chất dinh dưỡng. Ảnh hưởng của DO lên hiệu suất xử lý của bãi lọc trồng cây. Phân tích ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của bãi lọc trồng cây trong cải thiện chất lượng nước hồ bị ô nhiễm.

Nhận xét chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Thiết lập các nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu chế tạo mẫu định hình dòng chảy.

Mục đích nghiên cứu. Mô hình và các bước nghiên cứu. Lựa chọn mẫu định hình dòng chảy. Lựa chọn vật liệu chế tạo mẫu định hình dòng chảy.

Chế tạo mẫu định hình dòng chảy bằng UHPC. Sản phẩm mẫu định hình dòng chảy. Nhận xét về mẫu định hình dòng chảy. Nghiên cứu khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước của hệ thống định hình dòng chảy.

Mục đích nghiên cứu. Mô hình thực nghiệm, chế độ vận hành. Xác định nồng độ ô-xy hòa tan theo các mức lưu lượng. Đánh giá tác động của hệ thống ĐHDC và điều kiện vận hành BLTC đến sự phân bố DO dọc theo BLTC và hiệu quả xử lý các chất gây ô nhiễm.

Mục đích nghiên cứu. Lựa chọn đối tượng và địa điểm nghiên cứu. Thiết kế mô hình thử nghiệm thực tế. Xây dựng, lắp đặt mô hình thí nghiệm.

Kế hoạch thực nghiệm. Phương pháp lấy mẫu và phân tích. Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu.

Phương pháp xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm. Mô hình của Kadlec và Knight. Mô hình của Reed S.C và cộng sự. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.

Đánh giá khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước. Sự biến thiên DO qua các bậc của hệ thống ĐHDC. Kết luận của thí nghiệm. Vận hành mô hình BLTC và hệ thống ĐHDC.

Hiệu suất xử lý của mô hình trong giai đoạn 1 - bãi lọc trồng cây không kết hợp hệ thống định hình dòng chảy. Hiệu suất xử lý của mô hình trong giai đoạn 2 - bãi lọc trồng cây kết hợp hệ thống định hình dòng chảy. So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý nước hồ nhỏ Kim Liên của hai mô hình nghiên cứu. Xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng theo các chế độ vận hành khác nhau.

Hệ số tốc độ xử lý BOD5. Hệ số tốc độ xử lý NH4+ - N. Hệ số tốc độ xử lý TN. Hệ số tốc độ xử lý PO43-- P.

Hệ số tốc độ xử lý TSS. Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu trong xử lý nước hồ bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt. Đánh giá ưu/nhược điểm của hai mô hình nghiên cứu. Đề xuất ứng dụng kết quả từ hai mô hình nghiên cứu.

131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI. 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO. PL1 viii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Anamox Anaerobic Ammonium Oxydation Ô-xy hóa amoni kỵ khí BLTC Bãi lọc trồng cây BOD Biochemical Oxxygen Demand Nhu cầu ô-xy sinh hóa BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ô-xy hóa học CW Constructed Wetland Bãi lọc trồng cây DIP Dissolved Inorganic Phosphorus Phốt-pho vô cơ hòa tan DO Dissolved Oxygen Ô-xy hòa tan DOC Dissolved Organic Carbon Cacbon hữu cơ hòa tan DOP Dissolved Organic Phosphorus Phốt-pho hữu cơ hòa tan ĐHDC Flowform Định hình dòng chảy FWS Free Water Surface Dòng chảy bề mặt tự do GĐ1 Giai đoạn 1 GĐ2 Giai đoạn 2 HF Horizontal Flow Dòng chảy ngang HSSF Horizontal Subsurface Flow Dòng chảy ngang ngầm HLR Hydraulic Loading Rate Tải trọng thủy lực HRT Hydraulic Retention Time Thời gian lưu nước HTTN Hệ thống thoát nước HST Hệ sinh thái N Nitrogen Ni-tơ ix NTSH Nước thải sinh hoạt PIP Particulate Inorganic Phosphorus Phốt-pho vô cơ dạng hạt POP Particulate Organic Phosphorus Phốt-pho hữu cơ dạng hạt Q Lưu lượng QCVN Quy chuẩn Việt Nam SSF Subsurface flow Dòng chảy ngầm TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Total Nitrogen Tổng ni-tơ TP Total Phosphorus Tổng phốt pho TP.

Thành phố TSS Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng UHPC Ultra High Performance Concrete Bê tông chất lượng siêu cao VF Vertical Flow Dòng chảy đứng VLL Filter Material Vật liệu lọc VSV Microorganism Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Lượng chất bẩn theo đầu người xả vào HTTN đô thị. Chất lượng nước hồ đô thị tại một số thành phố. Chất lượng nước hồ tại khu vực thành phố Hà Nội.

Khả năng xử lý chất ô nhiễm của một số loài thực vật thủy sinh. Ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý. Các cơ chế xử lý trong bãi lọc trồng cây. Thông số kỹ thuật của mẫu ĐHDC .