07/01/2021
1. Khái quát thực trạng hồ trong các đô thị Việt Nam
Hồ có mặt tại hầu hết các đô thị Việt Nam, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận, điều hòa nước, khí hậu, tạo cảnh quan và là nơi vui chơi giải trí của cộng đồng dân cư. Với tốc độ đô thị hóa mạnh mẽ như hiện nay, mật độ dân số không ngừng tăng trong các khu đô thị, vai trò của hồ càng trở lên quan trọng, đặc biệt là tại các đô thị lớn. Bên cạnh các hồ tự nhiên đã có sẵn từ lâu, các hồ nhân tạo cũng được các nhà đầu tư dành sự quan tâm, đặc biệt trong các khu đô thị mới. Tuy nhiên, kéo theo sự gia tăng dân số trong các khu đô thị, những hệ lụy do ô nhiễm nước hồ đã tạo ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường không khí, cảnh quan và khu vực xung quanh hồ. Một số kênh, mương, ao hồ, trong các khu vực đô thị đã trở thành những nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt, thường xuyên bị ô nhiễm, nhất là ở các đô thị lớn như Hà Nội, TP. HCM.
Trước tình trạng trên, gần đây, chính quyền của nhiều tỉnh, thành phố trong cả nước, đặc biệt là chính quyền TP. Hà Nội đã có sự quan tâm đến việc ứng dụng thí điểm nhiều loại công nghệ xử lý nước hồ, tuy nhiên hiệu quả xử lý của các loại công nghệ này chưa thực sự cải thiện được chất lượng nước hồ, hồ vẫn đang hàng ngày tăng thêm sự ô nhiễm.
Cuộc thử nghiệm Hệ thống tuần hoàn nước model HJ-1000 tại hồ Mai Dịch, Hà Nội đã chứng minh được HJ-1000 là sản phẩm công nghệ đáp ứng được mục tiêu xử lý ô nhiễm nước hồ rất hiệu quả, chất lượng nước hồ đạt được cột B2 QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HJ-1000
2.1. Hệ thống tuần hoàn nước Model HJ-1000 gồm các bộ phận chính dưới đây:
- Hệ thống tạo năng lượng điện: Trên HJ-1000 có trang bị 03 tấm pin mặt trời và cánh quạt gió của bộ phát điện gió tạo năng lượng điện.
- HJ-1000 trang bị 04 bộ ắc quy dự trữ năng lượng điện, tự động phát điện để duy trì hoạt động của động cơ BLDC 150 W những lúc trời không còn nắng và cũng không có gió.
Hình 1: Các bộ phận chính của HJ-1000
Hình 2: Hệ thống tuần hoàn nước model HJ-1000 tại hồ 1,4 ha - Công viên Mai Dịch, Hà Nội
2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tuần hoàn nước
Thứ nhất: Lấy nước từ tầng đáy, thông qua ống nhăn và đưa lên tầng mặt với công suất tối đa 14 m3/phút. Việc hút nước tầng đáy đưa lên tầng mặt có tác dụng làm giảm chênh lệch nhiệt độ của nước tầng đáy và nước tầng mặt, đưa nước nghèo oxy từ tầng đáy lên tầng mặt, tạo dòng tuần hoàn nước trong hồ.
Thứ hai: Tạo sóng đẩy nước lan tỏa khắp mặt hồ, bán kính sóng ≥ 60m xung quanh HJ-1000 thiết lập điều kiện tốt nhất trong việc thấm Oxy tự nhiên vào nước.
Bảng 1: Chi phí đầu tư, chi phí vận hành và chi phí bảo trì Hệ thống tuần hoàn nước
ĐVT: VNĐ
|
STT |
Thành phần chi phí |
Model |
Ghi chú |
|
I |
Chi phí đầu tư thiết bị |
|
|
|
1 |
Thiết bị tuần hoàn nước đầy đủ |
1,957,200,000 |
- Khấu hao đầu tư thiết bị bình quân trong 10 năm. 11.000 m2 x 3m =33.000 m3 |
|
2 |
Chi phí vận chuyển và lắp đặt tại Hà Nội |
90,000,000 |
|
|
3 |
Camera an ninh |
8,000,000 |
|
|
4 |
Thuyền phao phục vụ vận hành |
18,000,000 |
|
|
A |
Tổng chi phí đầu tư |
2,073,200,000 |
|
|
B |
Phân bổ đầu tư thiết bị trong 01 năm |
207,320,000 |
|
|
C |
Chi phí đầu tư cho 01 m3 nước hồ trong 01 năm |
6,282 |
( C ) |
|
II |
Chi phí vận hành 01 hệ thống tuần hoàn nước trong 01 năm |
||
|
1 |
Điện năng |
0 |
|
|
2 |
Nhân công bảo vệ và vận hành |
120,000,000 |
Sử dụng 02 công nhân có thể vận hành nhiều hệ thống tuần hoàn nước HJ-1000 cũng một lúc |
|
3 |
Chi phí hòa mạng Camera an ninh |
6,000,000 |
|
|
4 |
Chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị |
40,000,000 |
Tạm tính chi phí dự phòng |
|
5 |
Chi phí thí nghiệm nước và lập báo cáo |
8,000,000 |
Thí nghiệm 15 chỉ tiêu ô nhiễm sinh học, 02 lần/năm |
|
D |
Cộng chi phí vận hành HJ-1000 trong 01 năm |
174,000,000 |
|
|
E |
Chi phí vận hành cho 01 m3 nước hồ trong 01 năm |
5,273 |
( E ) |
|
F |
Tổng chi phí cho 01 m3 nước hồ trong 01 năm |
11,555 |
F = ( C ) + ( E ) |
3. Kết quả 07 đợt thí nghiệm chất lượng nước hồ qua 05 chỉ tiêu chính (Bảng 2 + Bảng 3)
3.1. Chất lượng nước hồ 1,4 ha (Có đặt HJ-1000) tốt lên rõ rệt: Các chỉ tiêu nước hồ ngày 28/8/2019 (HJ-1000 chưa hoạt động) so với chỉ tiêu nước hồ ngày 10/3/2020 (sau khi HJ-1000 hoạt động được 7 tháng).
- Nồng độ BOD: Giảm 80,07%;
Bảng 2: Kết quả quan trắc 05 chỉ tiêu chính trong hồ 1,4 ha
Biểu đồ 1: Biểu đồ xu hướng chất lượng nước tại vị trí lấy mẫu số 1 hồ 1,4 ha
Bảng 3: Kết quả quan trắc 05 chỉ tiêu chính trong mẫu số 3, hồ 1,7 ha
Biểu đồ 2: Biểu đồ xu hướng chất lượng nước tại vị trí lấy mẫu số 3 hồ 1,7 ha
3.3. Cơ chế tạo Oxy và hiệu quả xử lý BOD, COD trong nước hồ của HJ-1000
a. Hồ và cơ chế tự làm sạch của hồ: Trong tự nhiên, nước hồ có khả năng tự làm sạch, tuy nhiên một hồ nước tự làm sạch nhiều hay ít phụ thuộc nhiều yếu tố như: diện tích mặt hồ, độ thoáng mặt hồ, độ sâu nước hồ, dòng chảy trong hồ (đối lưu nước)… Với các yếu tố như trên, hồ trong các đô thị hầu như không có khả năng tự làm sạch.
b. Khả năng tự làm sạch của hồ chính là khả năng tự làm tăng Oxy hòa tan trong nước hồ.
Trong các yếu tố giúp hồ có khả năng tự làm sạch thì (đối lưu nước) trong hồ và sóng nước tạo ra trên mặt hồ đóng vai trò rất quan trọng.
c. Thực tế cuộc thử nghiệm:
+ Hồ 1,4 ha có đặt HJ-1000, tại thời điểm từ 10/3/2020 đến 29/5/2020, HJ-1000 ngừng hoạt động, chất lượng nước hồ xấu đi rõ rệt, so sánh kết quả thí nghiệm của đợt 6 (ngày 10/3) với kết quả thí nghiệm đợt 7 (ngày 29/5), ta thấy: BOD tăng từ 7,6 mg/lít lên 13 mg/lít (tăng 71%); COD tăng từ 14,48 mg/lit lên 19 mg/lit (tăng 31%); TSS tăng từ 9,5mg/lít lên 14mg/lít (tăng 47%); Cholorophill-a tăng từ 9,1 µg/lít lên 24,56 µg/lít (tăng 170%); DO giảm từ 8,4 mg/lít xuống 5,51 mg/lít (giảm 34%).
+ Hồ 1,7 ha không đặt HJ-1000, hồ có mặt thoáng rộng, không có nước đối lưu; theo kết quả phân tích của 6 đợt thí nghiệm trong thời gian 7 tháng, chất lượng nước hồ dần xấu đi: BOD tăng từ 18,1 mg/lít lên 21,68 mg/lít (tăng 19,78%); COD tăng từ 27,1 mg/lít lên 38,71 mg/lít (Tăng 42,84%); Chlorophyll-a tăng từ 31,9 mg/lít lên 36,9 mg/lít (tăng 15,67%); DO giảm từ 8,2mg/lít xuống 7,9 mg/lít (giảm 3,66%).
Bảng kết quả thí nghiệm 5 chỉ tiêu chính và biểu đồ đặc tính diễn biến của các chỉ tiêu chất lượng nước hồ 1,4 ha và hồ 1,7 ha qua 7 đợt thí nghiệm nước hồ cho thấy rõ các phân tích trên
3.4. Tính lượng Oxy tạo ra nhờ cơ chế hoạt động của HJ-1000 trong thực nghiệm tại hồ 1,4 ha
a. Bảng tính lượng Oxy thẩm thấu vào nước hồ trong các đợt thí nghiệm
Áp dụng cho cuộc thử nghiệm HJ-1000 tại hồ 1,4ha Công viên Mai Dịch, Công ty Hactra đưa ra Bảng 4, tính lượng Oxy thẩm thấu vào nước hồ 1,4 ha của đợt thí nghiệm 1-2 như dưới đây:
Diện tích mặt hồ là 1,4ha; độ sâu mực nước 3,2 m è Tổng thể tích nước hồ là 44.800 m3; thời gian hoạt động từ đợt 1 đến đợt 2 của HJ-1000 là 30 ngày (từ 28/8/2019 - 30/9/2019); nhiệt độ 330C.
+ Nước hồ trước khi HJ-1000 hoạt động, có: BOD5 = 28,6 mg/lít; Nito = 0,012 mg/lít;
+ Nước hồ không tiếp nhận thêm nước thải;
+ Nước hồ sau khi HJ-1000 hoạt động 30 ngày: BOD5 = 14,3 mg/lít; Nito = 0,009 mg/lít;
+ Tổng lượng BOD trong nước hồ được xử lý trong 30 ngày là: 640,64 kgBOD;
+ Khối lượng Oxy trung bình cần thiết để xử lý 01kgBOD trong nước hồ là: 1,13 kgO2/01 kg BOD (Bảng 5).
Bảng 4. Tính lượng Oxy thẩm thấu vào nước hồ 1,4ha giữa đợt thí nghiệm 1 và 2
5. Kết luận
Từ kết quả thực nghiệm và phương pháp tính lượng Oxy thẩm thấu vào nước hồ đã trình bày ở trên, Công ty Hactra có một số kết luận sau:
Oxy chiếm 21% thể tích không khí tự nhiên. Đây là kho Oxy tự nhiên (rất lớn); Oxy được thẩm thấu không giới hạn vào nước hồ nhờ vào cơ chế tuần hoàn nước và tạo sóng của HJ-1000, làm tăng DO trong nước hồ, phân hủy các thành phần ô nhiễm sinh học trong nước hồ.
Lượng Oxy tự nhiên thẩm thấu vào nước hồ nhờ cơ chế hoạt động của HJ-1000 nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ BOD và Nito trong nước hồ và nhiệt độ môi trường hồ.
HJ-1000 có khả năng xử lý nước hồ có nồng độ ô nhiễm cao nhờ vào cơ chế tuần hoàn nước trong lòng hồ và tạo sóng đều, liên tục 24h/24h lan tỏa khắp diện tích mặt hồ. Với cơ chế hoạt động như trên, HJ-1000 cung cấp DO cho nước hồ để phân hủy các chất gây ô nhiễm hữu cơ trong nước hồ và duy trì chất lượng nước hồ luôn ổn định ở mức tốt nhất.
a. Tương tự Bảng trên, áp dụng cho các đợt 2-3; 3-4; 5-6. Tính toán khả năng xử lý chất ô nhiễm của HJ-1000 trên hồ 1,4 ha qua các đợt thí nghiệm.
Tổng BOD (Đợt n ) = Diện tích hồ x chiều cao nước hồ x 
Trong đó: n = 1 đến 6.
Tổng BOD (Đợt 1) = 14.000 m2 x 3.2m x 
= 1.281,28 kgBOD (1)
Theo các công thức và Bảng 4 trên đây, tính cho các đợt thí nghiệm ta có:
+ HJ-1000 hoạt động liên tục 24/24h trong 30 ngày, nhiệt độ môi trường từ 340C - 330C, tại thí nghiệm đợt 2 tổng khối lượng BOD trong hồ còn lại là: 14.000 m2 x 3.2 m x (14.3 mg BOD/lít)/103 = 640,64 kg BOD (2)
+ Lượng BOD đã được phân hủy là: 1.281,28 Kg - 640,64kg = 640,64kg (3)
Từ (2) và áp dụng công thức tính lượng Oxy cần thiết để xử lý 640,64 kg BOD trong điều kiện thử nghiệm trên hồ 1,4 ha trong đợt thí nghiệm 2, ta biết được lượng Oxy mà HJ-1000 tạo ra đã thẩm thấu vào nước hồ trong 30 ngày là: 726,85 kg O2.
+ Bình quân 1,13 kgO2 cần thiết để xử lý được 01 kgBOD.
Tương tự các công thức (1); (2); (3) ở trên, ta tìm được:
+ HJ-1000 hoạt động liên tục 24/24h trong 30 ngày, nhiệt độ môi trường xu hướng giảm 330C - 220C, tại thí nghiệm đợt 3 tổng lượng BOD trong hồ còn lại là 573,44 kg (4)
+ Lượng BOD đã được phân hủy là: 640,64kg – 573,44 kg = 67,20 kg (5)
Từ (5) và áp dụng công thức tính lượng Oxy cần thiết để xử lý 67,20kg BOD trong điều kiện thử nghiệm trên hồ 1,4 ha trong đợt thí nghiệm 3, ta biết được lượng Oxy cần thiết mà HJ-1000 tạo ra đã thẩm thấu vào nước hồ là: 98,88 kg O2.
+ Bình quân 1,47 kg O2 cần thiết để xử lý được 01 kg BOD.
+ HJ-1000 hoạt động liên tục 24/24h trong 30 ngày, nhiệt độ môi trường 220C. Tổng lượng BOD trong hồ còn lại là 501,76 kg (6) + Lượng BOD đã được phân hủy là: 573,44 kg – 501,76 kg = 71,68 kg (7)
Từ (7) và áp dụng công thức tính lượng Oxy cần thiết để xử lý 71,68kg BOD trong điều kiện thử nghiệm trên hồ 1,4 ha trong đợt thí nghiệm 4, ta biết được lượng Oxy cần thiết mà HJ-1000 tạo ra đã thẩm thấu vào nước hồ là: 105,47 kg O2.
+ Bình quân 1,47 kg O2 cần thiết để xử lý được 01 kg BOD.
+ HJ-1000 hoạt động liên tục 24/24h trong 30 ngày, nhiệt độ môi trường có xu hướng giảm 220C - 200C. tại thí nghiệm đợt 5 tổng lượng BOD trong hồ còn lại là 474,88 kg (8)
+Lượng BOD đã được phân hủy là: 501,76 kg – 474,88 kg = 26,88 kg (9)
Từ (9) và áp dụng công thức tính lượng Oxy cần thiết để xử lý 26,88kg BOD trong điều kiện thử nghiệm trên hồ 1,4 ha trong đợt thí nghiệm 5, ta biết được lượng Oxy cần thiết mà HJ-1000 tạo ra đã thẩm thấu vào nước hồ là: 41,47 kg O2.
+ Bình quân 1,54 kgO2 cần thiết để xử lý được 01 kgBOD.
+ HJ-1000 hoạt động liên tục 24/24h trong 70 ngày, nhiệt độ môi trường có xu hướng tăng từ 200C - 240C, tại thí nghiệm đợt 6 tổng lượng BOD trong hồ còn lại là: 255,36 kg (10)
+ Lượng BOD đã được phân hủy: 474,88 kg – 255,36 kg = 219,52 kg (11)
Từ (11) và áp dụng công thức tính lượng Oxy cần thiết để xử lý 219,52 kg BOD trong điều kiện thử nghiệm trên hồ 1,4 ha trong đợt thí nghiệm 6, ta biết được lượng Oxy cần thiết mà HJ-1000 tạo ra đã thẩm thấu vào nước hồ là: 308,04 kg O2.
+ Bình quân 1,4 kg O2 cần thiết để xử lý được 01 kg BOD.
b. Từ các kết quả trên, lập Bảng 5 dưới đây:
Bảng 5. Tính khả năng tạo khí oxy trong thực nghiệm tại hồ 1,4 ha
|
Đợt thí nghiệm |
Số ngày hoạt động của HJ-1000 (ngày) |
Nhiệt độ |
Nồng độ BOD – mẫu số 1 (mg/l) |
BOD còn lại trong hồ sau đơt thí nghiệm (KgBO) |
BOD đã được phân hủy giữa 2 đợt thí nghiệm |
Lượng oxy thẩm thấu vào nước hồ (KgO2) |
Bình quân lượng oxy xử lý được 1 kg BOD |
|
(a) |
(b) |
(c) |
(d) |
(e) |
(f) |
(g) |
(h) |
|
1 |
0 |
34 |
28,6 |
1.281,28 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
30 |
33 |
14,3 |
640,64 |
640,64 |
726,85 |
1,13 |
|
3 |
30 |
33 đến 22 |
12,8 |
573,44 |
67,20 |
98,88 |
1,47 |
|
4 |
30 |
22 |
11,2 |
501,76 |
71,68 |
105,47 |
1,47 |
|
5 |
30 |
22 đến 20 |
10,6 |
474,88 |
26,88 |
41,47 |
1,54 |
|
6 |
70 |
20 đến 24 |
5,7 |
255,36 |
219,52 |
308,04 |
1,40 |
Biểu đồ 3. Tham chiếu số liệu cột (c) và cột (h) trong Bảng 5, ta xây dựng Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ với lượng O2 cần thiết để xử lý 01kg BOD
Biểu đồ 4. Tham chiếu số liệu cột (d) và cột (g) trong Bảng 5 ta xây dựng được Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ BOD với lượng O2 thẩm thấu vào nước hồ
c. Từ các phân tích trên và thực tế thí nghiệm Hactra có một số kết luận:
Lượng Oxy cần thiết để xử lý 01 kg BOD tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường.
Lượng Oxy tạo ra từ HJ-1000 thẩm thấu vào nước hồ tỷ lệ thuận với nồng độ BOD trong nước hồ, đồng thời duy trì DO ở mức ≥ 8mg/lít điều kiện giúp các loài thủy sinh sống và phát triển tốt.
Lượng Oxy HJ-1000 tạo ra thông qua cơ chế tuần hoàn nước trong lòng hồ và tạo sóng lan tỏa trên mặt hồ là rất lớn, lượng Oxy HJ-1000 tạo ra đáp ứng nhu cầu thẩm thấu Oxy cho nước hồ có mức độ ô nhiễm sinh học khác nhau trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Đối với hồ có nồng độ BOD > 28,6 mg/lít, HJ-1000 có khả năng xử lý để giảm nồng độ BOD về ≤ 15 mg/lit, đồng thời với việc giảm thấp các chỉ tiêu ô nhiễm sinh học khác (COD, N, P...). Kết luận này phù hợp với báo cáo khoa học và các thử nghiệm về HJ-1000 tại Hàn Quốc.
6. Khuyến nghị
Qua kết quả thử nghiệm xử lý ô nhiễm nước hồ 1,4 ha Công viên Mai Dịch, Hà Nội bằng Hệ thống tuần hoàn nước model HJ-1000 và các đúc kết rút ra từ cuộc thử nghiệm được trình bày trên đã chứng minh được tính tiên tiến của công nghệ.
6.1. Hiệu quả xử lý ô nhiễm sinh học của HJ-1000:
Hệ thống tuần hoàn nước Model HJ-1000 do Hàn Quốc thiết kế và chế tạo là công nghệ mới, có độ tin cậy cao, cần được phát triển và ứng dụng rộng rãi vào việc xử lý ô nhiễm hữu cơ cho các hồ cảnh quan, hồ điều hòa, hồ dự trữ nguồn nước, hồ nuôi trồng thủy hải sản ở mỗi địa phương trong Việt Nam.
Các đô thị ở các tỉnh, thành phố ở Việt Nam đều có nhiều hồ (quy mô lớn nhỏ khác nhau), với mật độ dân số cao, hoạt động dân sinh tác động rõ rệt đến môi trường nước các hồ, chất lượng nước hồ đang xấu đi từng ngày. Để đảm bảo duy trì chất lượng nước hồ, ngoài các hoạt động tuyên truyền vận động người dân sinh hoạt quanh hồ có ý thực bảo vệ môi trường hồ, không gieo rắc các nguồn gây ô nhiễm cho hồ... thì việc sử dụng công nghệ cao để xử lý ô nhiễm và duy trì chất lượng cho nước hồ là việc các địa phương cần quan tâm.
6.2. Một số hình ảnh liên quan HJ-1000 trên hồ 1,4 ha Công viên Mai Dịch
Hình 3. Ảnh sóng nước tạo ra xung quanh HJ-1000
HJ-1000 thực hiện tuần hoàn nước trong lòng hồ và tạo sóng nước lan tỏa khắp mặt hồ xung quanh điểm đặt HJ-1000, giúp cho việc thẩm thấu Oxy tự nhiên vào nước hồ một cách hiệu quả nhất. Oxy hòa tan (DO) trong nước tăng lên, giúp cho việc xử lý các chất ô nhiểm, ngăn chặn việc phát triển các loại tảo độc hại và tạo môi trường sống tốt cho các loại thủy sinh trong hồ.
Hình 4. Ảnh HJ-1000 tạo cảnh quan cho mặt hồ 1,4 ha Công viên Mai Dịch
Kỹ sư: Đỗ Tất Việt
