Luận án – 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

Tên luận án:

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

Ngành:

Công nghệ môi trường nước và nước thải

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp cải thiện chất lượng nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt (NTSH) thông qua việc kết hợp hệ thống định hình dòng chảy (ĐHDC) và bãi lọc trồng cây (BLTC). Hồ đô thị, dù có nhiều chức năng quan trọng, thường bị ô nhiễm nghiêm trọng, với các thông số như BOD5, COD, NH4+, PO43- vượt quá giới hạn cho phép và hàm lượng ô-xy hòa tan (DO) thấp. Giải pháp BLTC, dù thân thiện môi trường và ít tốn năng lượng, thường bị hạn chế về hiệu quả xử lý nitơ do nồng độ DO thấp. Hệ thống ĐHDC được đề xuất như một phương pháp làm thoáng tự nhiên, giúp tăng cường DO và có giá trị thẩm mỹ.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo, đánh giá hiệu quả làm thoáng của mẫu ĐHDC, đồng thời đánh giá tác động của hệ thống ĐHDC và điều kiện vận hành BLTC đến hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm chính (BOD5, NH4+-N, TSS, TN, PO43--P) trong nước hồ đô thị bị ô nhiễm NTSH. Luận án cũng nhằm lựa chọn mô hình động học phù hợp và xác định hệ số tốc độ xử lý cho các chất ô nhiễm này.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống ĐHDC thử nghiệm có khả năng bổ sung ô-xy cao và ổn định, giúp tăng nồng độ DO trong nước hồ từ 0,1 mg/L lên tới 5,6 mg/L với 8 bậc ĐHDC hoạt động ở lưu lượng tối ưu 150-200 L/h. Việc kết hợp hệ thống ĐHDC trước BLTC đã cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý chất hữu cơ và ni-tơ, với hiệu suất xử lý BOD5 và TN tăng rõ rệt (ví dụ, BOD5 tăng từ 62,8% lên 77,5% và TN từ 19,6% lên 41,4% ở tải trọng thủy lực bề mặt 125 mm/ngày). Tải trọng thủy lực bề mặt và thời gian lưu nước ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý, đặc biệt là nitrat hóa và khử nitrat. Các hệ số tốc độ xử lý của BOD5, NH4+-N, TN cũng được xác định. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý TSS và PO43--P không bị ảnh hưởng đáng kể bởi hệ thống ĐHDC.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xác định mức độ cải thiện DO, khẳng định hiệu quả xử lý tăng cường của BLTC dòng chảy ngầm – ngang khi kết hợp làm thoáng ĐHDC, và xác định các hệ số tốc độ xử lý cho mô hình kết hợp. Giải pháp này được đánh giá là khả thi, thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí, và phù hợp cho các hồ đô thị vừa và nhỏ ở Việt Nam, đồng thời góp phần tạo cảnh quan.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
  • 2. Mục tiêu của luận án
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
  • 4. Cơ sở khoa học của luận án
  • 5. Nội dung nghiên cứu
  • 6. Phương pháp nghiên cứu
  • 7. Những đóng góp mới của luận án
  • 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
  • 9. Cấu trúc luận án

• CHƯƠNG 1. 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

  • 1.1. Chức năng và hiện trạng sử dụng các hồ đô thị
    • 1.1.1. Vai trò của các hồ đô thị
    • 1.1.2. Hiện trạng sử dụng các hồ đô thị ở Việt Nam
  • 1.2. Hiện trạng ô nhiễm tại các hồ đô thị ở Việt Nam
    • 1.2.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm hồ đô thị
    • 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm các hồ đô thị tại một số thành phố
    • 1.2.3. Hiện trạng ô nhiễm các hồ tại thành phố Hà Nội
  • 1.3. Tổng quan các phương pháp kiểm soát chất lượng nước hồ
    • 1.3.1. Các giải pháp trên thế giới
    • 1.3.2. Các giải pháp ở Việt Nam
  • 1.4. Đề xuất nội dung nghiên cứu

• CHƯƠNG 2. 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

  • 2.1. Cơ sở khoa học các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây
    • 2.1.1. Khái niệm và phân loại bãi lọc trồng cây
    • 2.1.2. Cơ chế các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây
    • 2.1.3. Vai trò của vi sinh vật và thực vật trong quá trình xử lý
  • 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây
  • 2.3. Động học quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong bãi lọc trồng cây
  • 2.4. Cơ sở khoa học của quá trình làm giàu ô-xy cho nước
    • 2.4.1. Nguyên lý của quá trình làm thoáng tự nhiên
    • 2.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình làm thoáng
  • 2.5. 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
    • 2.5.1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động của mẫu định hình dòng chảy
    • 2.5.2. Hình thái dòng chảy của mẫu định hình dòng chảy
    • 2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bổ cập ô-xy của hệ thống định hình dòng chảy
  • 2.6. 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
    • 2.6.1. Quá trình xử lý các chất hữu cơ
    • 2.6.2. Quá trình xử lý các chất dinh dưỡng
    • 2.6.3. Ảnh hưởng của DO lên hiệu suất xử lý của bãi lọc trồng cây
    • 2.6.4. 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
  • 2.7. Nhận xét chương 2

• CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

  • 3.1. Thiết lập các nghiên cứu thực nghiệm
  • 3.2. Nghiên cứu chế tạo mẫu định hình dòng chảy
    • 3.2.1. Mục đích nghiên cứu
    • 3.2.2. Mô hình và các bước nghiên cứu
    • 3.2.3. Lựa chọn mẫu định hình dòng chảy
    • 3.2.4. Lựa chọn vật liệu chế tạo mẫu định hình dòng chảy
    • 3.2.5. Chế tạo mẫu định hình dòng chảy bằng UHPC
    • 3.2.6. Sản phẩm mẫu định hình dòng chảy
    • 3.2.7. Nhận xét về mẫu định hình dòng chảy
  • 3.3. Nghiên cứu khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước của hệ thống định hình dòng chảy
    • 3.3.1. Mục đích nghiên cứu
    • 3.3.2. Mô hình thực nghiệm, chế độ vận hành
    • 3.3.3. Xác định nồng độ ô-xy hòa tan theo các mức lưu lượng
  • 3.4. 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
    • 3.4.1. Mục đích nghiên cứu
    • 3.4.2. Lựa chọn đối tượng và địa điểm nghiên cứu
    • 3.4.3. Thiết kế mô hình thử nghiệm thực tế
    • 3.4.4. Xây dựng, lắp đặt mô hình thí nghiệm
    • 3.4.5. Kế hoạch thực nghiệm
  • 3.5. Phương pháp lấy mẫu và phân tích
    • 3.5.1. Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường
    • 3.5.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu
  • 3.6. Phương pháp xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm
    • 3.6.1. Mô hình của Kadlec và Knight
    • 3.6.2. Mô hình của Reed S.C và cộng sự

• CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

  • 4.1. Đánh giá khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước
    • 4.1.1. Sự biến thiên DO qua các bậc của hệ thống ĐHDC
    • 4.1.2. Kết luận của thí nghiệm
  • 4.2. Vận hành mô hình BLTC và hệ thống ĐHDC
    • 4.2.1. Hiệu suất xử lý của mô hình trong GĐ1-BLTC không kết hợp hệ thống ĐHDC
    • 4.2.2. Hiệu suất xử lý của mô hình trong GĐ2 - BLTC kết hợp hệ thống ĐHDC
    • 4.2.3. So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý nước hồ nhỏ Kim Liên của hai mô hình nghiên cứu
  • 4.3. Xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng theo các chế độ vận hành khác nhau
    • 4.3.1. Hệ số tốc độ xử lý BOD5
    • 4.3.2. Hệ số tốc độ xử lý NH4+- N
    • 4.3.3. Hệ số tốc độ xử lý TN
    • 4.3.4. Hệ số tốc độ xử lý PO43--P
    • 4.3.5. Hệ số tốc độ xử lý TSS
  • 4.4. Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu trong xử lý nước hồ bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt
    • 4.4.1. Đánh giá ưu/nhược điểm của hai mô hình nghiên cứu
    • 4.4.2. Đề xuất ứng dụng kết quả từ hai mô hình nghiên cứu

• KẾT LUẬN

• KIẾN NGHỊ

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ