Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Chương 3: Sự phú dưỡng hóa nguồn nước

BK

TPHCM

BAØI GIAÛNG

MOÂN HOÏC MOÂ HÌNH HOÙA MOÂI TRÖÔØNG

Chöông 3

SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

NGUOÀN NÖÔÙC

GVHD: PGS.TS. Leâ Hoaøng Nghieâm

BK

TPHCM

NOÄI DUNG CHÖÔNG V

3.1 Toång quan vaø cô cheá hình thaønh söï phuù döôõng hoùa nguoàn

nöôùc.

3.2 Moái quan heä giöõa caùc chaát dinh döôõng söï phuù döôõng hoùa.

3.2.1. Caùc chaát dinh döôõng vaø nguoàn cung caáp

3.2.2. Taàm quan troïng cuûa tyû soá giöõa N vaø P (N/P).

3.3 Moâ hình ñôn giaûn moâ taû söï phuù döôõng trong hoùa hoà chöùa.

3.3.1. Caân baèng vaät chaát ñoái vôùi phoát pho trong hoà chöùa

3.3.2. Söï töông quan giöõa toång phoát pho vaø möùc dinh döôõng

cuûa hoà.

3.4 Söï taùc ñoäng qua laïi giöõa phieâu sinh thöïc vaät vaø chaát dinh

döôõng.

3.4.1. Caân baèng vaät chaát ñoái vôùi phieâu sinh thöïc vaät.

3.4.2. Ñoäng hoïc quaù trình taêng tröôûng cuûa phieâu sinh thöïc vaät.

3.4.3. Ñoäng hoïc quaù trình cheát cuûa phieâu sinh thöïc vaät.

3.4.4. Caùc moái quan heä giöõa phieâu sinh thöïc vaät vaø chaát dinh

döôõng

3.5 Moái quan heä giöõa phieâu sinh thöïc vaät vaø oxy hoøa tan.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

²3.6 Moâ hình ñôn giaûn moâ taû söï phuù döôõng hoùa trong doøng soâng

3.7 Kyõ thuaät kieåm soaùt söï phuù döôõng hoùa trong nguoàn nöôùc.

1

3.1 TOÅNG QUAN VAØ CÔ CHEÁ HÌNH THAØNH SÖÏ PHUÙ

BK

TPHCM

DÖÔÕNG HOÙA NGUOÀN NÖÔÙC

vꢀSöï phuù döôõng hoùa (eutrophication) laø söï

phaùt trieån cuûa thöïc vaät nöôùc (aquatic

plant) quaù möùc cho pheùp gaây aûnh

höôûng ñeán chaát löôïng nöôùc vaø muïc

ñích söû duïng nöôùc.

vꢀSöï phuù döôõng hoùa xaûy ra khi nguoàn

nöôùc tieáp nhaän moät löôïng doài daøo caùc

taùc nhaân dinh döôõng bao goàm nitô,

phoát pho,...

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

3

3.1 TOÅNG QUAN VAØ CÔ CHEÁ HÌNH THAØNH SÖÏ PHUÙ

BK

TPHCM

DÖÔÕNG HOÙA NGUOÀN NÖÔÙC

Söï phuù döôõng hoùa töï nhieân

- Laø moät hieän töôïng bình thöôøng xaûy ra trong heä

sinh thaùi nöôùc ngoït (freshwater ecosystem).

- Ñoù laø moät quaù trình laõo hoùa töï nhieân xaûy ra

trong ñoù coù caùc hoà chöùa töø traïng thaùi ngheøo

dinh döôõng (oligotrophic) daàn daàn chuyeån

sang giaøu dinh döôõng (phuù döôõng –

eutrophication)

- Hoà töï nhieân seõ bieán thaønh ñaàm laày (marsh) sau

ñoù laø ñoàng coû (meadow). Quaù trình naøy thöôøng

keùo daøi haøng ngaøn naêm trong töï nhieân.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

4

2

3.1 TOÅNG QUAN VAØ CÔ CHEÁ HÌNH THAØNH SÖÏ PHUÙ

BK

TPHCM

DÖÔÕNG HOÙA NGUOÀN NÖÔÙC

Söï phuù döôõng hoùa nhaân taïo

Caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi ñaõ ñaåy nhanh quaù trình

naøy (“söï phuù döôõng hoùa nhaân taïo”) do vieäc cung caáp

caùc döôõng chaát töø caùc nguoàn xaû chaát thaûi nhö hình veõ.

Hình veõ 3.1: Caùc nguoàn

cung caáp chaát dinh döôõng

cho söï phuù döôõng hoùa

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

5

BK

TPHCM

AÛNH HÖÔÛNG CUÛA SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

6

3

_BKPHAÂN LOAÏI NGUOÀN NÖÔÙC THEO TRAÏNG

TPHCM

THAÙI DINH DÖÔÕNG

Töø naêm 1939 caùc nhaø nghieân cöùu ñaõ phaân loaïi nguoàn

nöôùc theo traïng thaùi dinh döôõng (trophic state) cuûa

chuùng nhö sau:

1. Traïng thaùi thieáu dinh döôõng (Oligotrophic) – Nguoàn

nöôùc trong saïch vaø naêng suaát thaáp.

2. Traïng thaùi dinh döôõng trung bình (Mesotrophic) –

Nguoàn nöôùc coù naêng suaát trung bình.

3. Traïng thaùi giaøu dinh döôõng hay phuù döôõng hoùa

(Eutrophic) - Nguoàn nöôùc coù naêng suaát cao so vôùi möùc

töï nhieân

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

7

BK

TPHCM

PHAÂN LOAÏI NGUOÀN NÖÔÙC THEO TRAÏNG

THAÙI DINH DÖÔÕNG

Baûng 3.1: Traïng thaùi dinh döôõng cuûa hoà

Thieáu dinh

döôõng

Dinh döôõng

trung bình

Giaøu dinh

döôõng

Thoâng soá chaát löôïng

nöôùc

(Oligotrophic) (Mesotrophic) (Eutrophic)

Toång phoát pho Tp (µg/

< 10

10 – 20

> 20

L)

Chlorophyll (µg/L)

< 4

> 4

4 – 10

2 – 4

> 10

< 2

Chieàu saâu Secchi (m)

Oxy hoøa tan trong

taàng nöôùc beân döôùi

(% DO baõo hoøa)

> 80

10 – 80

< 10

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

8

4

BK

TPHCM

PHAÂN LOAÏI NGUOÀN NÖÔÙC THEO TRAÏNG

THAÙI DINH DÖÔÕNG

Baûng 3.2: Phaân loaïi traïng thaùi dinh döôõng nguoàn nöôùc caên cöù vaøo

haøm löôïng N vaø P

Thieáu dinh döôõng

(Oligotrophic)

Trung bình

Giaøu dinh döôõng

(Eutrophic)

Chæ tieâu

(Mesotrophic)

N-NO₂

N-NO₃

N-NH₄

Toång N

P-PO₄

0,00

0,05

0,00

0,06

0,015

0,05

0,015

0,00 – 0,30

0,10

0,05 – 0,10

0,01

0,05

Toång P

0,06 – 0,15

0,15

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

9

BK

TPHCM

CÔ CHEÁ CÔ BAÛN CUÛA SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

vꢀ Söï phaùt trieån nhanh cuûa thöïc vaät nöôùc laø keát quaû

cuûa quaù trình tieâu thuï vaø bieán ñoåi caùc chaát dinh

döôõng voâ cô thaønh chaát höõu cô trong thöïc vaät thoâng

qua cô cheá quang hôïp (photosynthesis).

vꢀ Ñoäng löïc chuû yeáu cuûa quaù trình naøy laø böùc xaï maët

trôøi cung caáp vaøo quaù trình.

vꢀ Söï phuù döôõng hoùa cuûa nguoàn nöôùc phuï thuoäc vaøo vò

trí ñòa lyù, möùc ñoä thaâm nhaäp cuûa böùc xaï vaøo caùc

chieàu saâu lôùp nöôùc, khoái löôïng vaø loaïi chaát dinh

döôõng

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

10

5

BK

TPHCM

CÔ CHEÁ CÔ BAÛN CUÛA SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

Caùc hieän töôïng cô baûn cuûa quaù trình taêng tröôûng cuûa phieâu sinh

thöïc vaät trong vuøng oân ñôùi baéc baùn caàu ñöôïc toùm taét trong hình

veõ 3.2.

üꢀ Böùc xaï maët trôøi taêng seõ cung caáp nguoàn naêng löôïng cho phaûn

öùng quang hôïp.

üꢀ Sinh khoái phieâu sinh thöïc vaät baét ñaàu taêng khi nhieät ñoä cuûa

nöôùc taêng vaø chaát dinh döôõng ôû daïng hoaø tan ñöôïc phieâu sinh

vaät naøy söû duïng.

üꢀ Cô cheá naøy tieáp dieãn cho ñeán khi möùc dinh döôõng trong nöôùc

khoâng ñaùp öùng cho söï phaùt trieån vaø söï gia taêng sinh khoái seõ

ngöøng laïi.

üꢀ Söï suy giaûm sinh khoái ñöôïc quan saùt laø do söï tieâu thuï (aên thòt)

cuûa caùc phieâu sinh ñoäng vaät.

üꢀ Thoâng thöôøng vaøo cuoái muøa heø - ñaàu muøa thu, coù theå quan saùt

thaáy söï nôû hoa (bloom) cuûa phieâu sinh thöïc vaät naøy laäp laïi do

vieäc tuaàn hoaøn dinh döôõng.

üꢀ Sinh khoái sau ñoù seõ giaûm khi böùc xaï maët trôøi vaø nhieät ñoä giaûm

ñeán möùc thaáp hôn vaøo cuoái muøa thu vaø ñaàu muøa ñoâng.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

11

BK

TPHCM

CÔ CHEÁ CÔ BAÛN CUÛA SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

12

6

BK

TPHCM

CÔ CHEÁ CÔ BAÛN CUÛA SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

Caùc thoâng soá quan troïng trong phaân tích moâ hình hoùa

söï phuù döôõng hoùa bao goàm:

1. Böùc xaï maët trôøi taïi beà maët nöôùc vaø bieán thieân theo

chieàu saâu.

2. Thoâng soá hình hoïc cuûa nguoàn nöôùc: dieän tích maët

nöôùc, dieän tích ñaùy, chieàu saâu vaø theå tích.

3. Löu löôïng, vaän toác, söï khueách taùn.

4. Nhieät ñoä cuûa nöôùc.

5. Chaát dinh döôõng : phoát pho, nitô, silica.

6. Phieâu sinh thöïc vaät – Chlorophyll a.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

13

3.2 MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA CAÙC CHAÁT DINH

BK

TPHCM

DÖÔÕNG VAØ SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

Caùc nguoàn cung caáp chaát dinh döôõng töø beân ngoaøi

1. Nöôùc thaûi sinh hoaït.

2. Nöôùc thaûi coâng nghieäp.

3. Nöôùc chaûy traøn töø caùc khu vöïc canh taùc noâng nghieäp.

4. Nöôùc chaûy traøn töø caùc khu röøng.

5. Nöôùc möa chaûy traøn töø caùc khu ñoâ thò.

6. Söï sa laéng cuûa caùc chaát oâ nhieãm töø khoâng khí.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

14

7

BK

3.2 MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA CAÙC CHAÁT

DINH DÖÔÕNG VAØ SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

TPHCM

Baûng 3.3: Noàng ñoä chaát dinh döôõng trung bình töø nöôùc thaûi sinh hoaït

Ñaàu ra sau

xöû lyù baäc 2

(mg/L)

Sau quaù trình

khöû phoát pho

(mg/L)

Ñaàu vaøo

(mg/L)

Daïng chaát dinh döôõng

Phoát pho (tính baèng P)

Toång phoát pho coù chaát

taåy röûa, Tp

Toång phoát pho khoâng

coù chaát taåy röûa

Ortho phoát pho coù chaát

taåy röûa

5 – 10

7

4

5

1 – 3

2 – 5

1 – 2

14

Nitô (tính baèng N)

Toång nitô, TN

Nitô voâ cô, IN

50

30

18

8

7

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

15

BK

TPHCM

3.2 MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA CAÙC CHAÁT

DINH DÖÔÕNG VAØ SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

Baûng 3.4: Taûi troïng chaát dinh döôõng cuûa moät soá nguoàn phaân taùn

Loaïi nguoàn

Tp (kg/ha.naêm)

TN (kg/ha.naêm)

Giaù trò trung Khoaûng Giaù trò trung Khoaûng

bình

0,4

giaù trò

0,01 – 0,9

bình

3,0

giaù trò

1,3 – 10,2

Röøng töï nhieân

Khí quyeån

Nöôùc möa

0,2

0,8

0,08 – 1,0

8,0

Sa laéng khoâ

16,0

Nöôùc möa chaûy

traøn ñoâ thò

1,0

0,5

0,1 – 10

0,1 – 5

5,0

1 – 20

Khu canh taùc

0,5 – 50

noâng nghieäp

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

16

8

CAÙC CHAÁT DINH DÖÔÕNG TAÙC ÑOÄNG ÑEÁN

BK

TPHCM

SÖÏ PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA

vꢀ Caùc chaát dinh döôõng cung caáp hoùa chaát ñeå hình thaønh boä

khung cho ñôøi soáng trong heä thöïc vaät nöôùc.

vꢀ Moät soá chaát dinh döôõng caàn vôùi khoái löôïng lôùn ñeå phaùt trieån teá

baøo vaø ñöôïc goïi laø chaát ña löôïng (macronutrient) bao goàm

cacbon, oxy, nitô, phoát pho, sulfur, silic vaø saét.

vꢀ Ngoaøi ra thöïc vaät coøn caàn moät löôïng nhoû caùc chaát dinh döôõng

vi löôïng (micronutrient) bao goàm mangan, ñoàng, keõm,…

vꢀ Söï thieáu huït cuûa caùc chaát dinh döôõng thieát yeáu seõ haïn cheá söï

phaùt trieån cuûa thöïc vaät caáp thaáp (rong taûo). Ñaây laø cô sôû xaùc

ñònh caùc yeáu toá haïn cheá söï phaùt trieån cuûa chuùng.

vꢀ Döôõng chaát caàn thieát laø N vaø P. N laø nguyeân toá quan troïng trong

protein cuûa teá baøo coøn P coù vò trí quan troïng trong quaù trình

bieán ñoåi naêng löôïng phuïc vuï cho quaù trình toång hôïp chaát.

a Moâ hình hoùa chaát löôïng nöôùc kieåm soaùt söï phuù

döôõng hoùa seõ taäp trung vaøo phoátpho, nitô.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

17

BK

TPHCM

PHOÁT PHO (1)

vaø vaän chuyeån naêng löôïng trong teá baøo.

vꢀ Quan troïng troïng heä thoáng di truyeàn vaø trong vieäc döï tröõ

vꢀ Treân quan ñieåm moâ hình hoùa chaát löôïng nöôùc phoát pho laø

chaát dinh döôõng quan troïng caàn xem xeùt bôûi vì noù thöôøng

khoâng ñöôïc cung caáp ñaày ñuû so vôùi caùc nguyeân toá ña

löôïng khaùc.

vꢀ Phoát pho khoâng phong phuù trong lôùp voû quaû ñaát, caùc

khoaùng chaát phoát phaùt khoù hoøa tan trong nöôùc.

vꢀ Phoát pho khoâng toàn taïi ôû daïng khí. Vì vaäy, khaùc vôùi

cacbon vaø nitô, phoát pho khoâng coù trong nguoàn cung

caáp töø khí quyeån.

vꢀ Maët duø phoát pho khan hieám trong thieân nhieân nhöng nhieàu

hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi (söû duïng phaân boùn canh taùc

noâng nghieäp, chaát taåy röûa (detergent) ñaõ thaûi moät löôïng

ñaùng keå phoát pho vaøo trong nguoàn nöôùc

vꢀ Caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi cuõng ñaõ taïo ra söï xoùi moøn

ñaát laøm taêng löôïng phoát pho ñi vaøo nguoàn nöôùc.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

18

9

BK

TPHCM

Caùc thaønh phaàn cuûa phoát pho trong

nöôùc

vꢀ Orthophosphate hay phoát pho voâ cô hoøa tan bao goàm caùc

-

daïng H₂PO₄, HPO₄^2-, PO₄^3-ñöôïc thöïc vaät tröïc tieáp tieâu thuï.

vꢀ Phoát pho höõu cô daïng haït (Particulate organic P): trong cô theå

thöïc vaät, ñoäng vaät vaø vi khuaån ñang soáng cuõng nhö caùc maõnh

vuïn höõu cô.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

19

BK

TPHCM

NITÔ (1)

Caùc daïng nitô chuû yeáu bao goàm:

vꢀ Nitô töï do (N₂)

+

vꢀ Ammonium (NH₄)/ammonia (NH₃).

-

vꢀ Nitrit (NO₂)/ nitrat (NO₃)

vꢀ Nitô höõu cô.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

20

10

BK

Caùc hoùa chaát söû duïng ñeå boå sung chaát dinh

döôõng N vaø P cho quaù trình xöû lyù sinh hoïc

TPHCM

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

21

BK

TAÀM QUAN TROÏNG VAØ YÙ NGHÓA CUÛA TYÛ SOÁ N/P

TPHCM

Hai vaán ñeà quan troïng ñöôïc ñaët ra laø:

1. Coù neân kieåm soaùt caùc chaát dinh döôõng phoát pho vaø

nitô xaû vaøo nguoàn nöôùc hay khoâng?

2. Khoái löôïng cho pheùp cuûa chaát dinh döôõng xaû vaøo

nguoàn nöôùc laø bao nhieâu ñeå baûo ñaûm duy trì sinh

khoái thöïc vaät ôû möùc cho pheùp?

Caâu hoûi ñaàu ñöôïc giaûi quyeát baèng caùch khaûo saùt nhu

caàu caùc chaát dinh döôõng nitô vaø phoát pho (N/p) cuûa

thöïc vaät.

Caâu hoûi thöù hai coù theå ñöôïc giaûi quyeát baèng caùch söû

duïng caùc moâ hình cô baûn cuûa söï phuù döôõng hoùa.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

22

11

BK

CAÂN BAÈNG NHU CAÀU DINH DÖÔÕNG CUÛA THÖÏC VAÄT NÖÔÙC

TPHCM

Phöông trình quaù trình quang hôïp vaø hoâ haáp cuûa teá baøo taûo:

(Stumm vaø Morgan 1981) ta coù:

106CO₂+16NH₄⁺+ HPO₄²⁻+108H₂O ⇔ C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P +107O₂+14H ⁺

Teá baøo taûo ñöôïc moâ taû baèng coâng thöùc hoùa hoïc hình thöùc:

C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P, tyû soá khoái löôïng cuûa cacbon ñoái vôùi nitô vaø ñoái

vôùi phoát pho nhö sau:

C

:

N

:

P

106 x 12

1271

16 x 14

224

1 x 31

31

Bieåu dieãn keát quaû baèng phaàn traêm khoái löôïng khoâ:

C

40%

:

N

7,2%

:

P

1%

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

23

BK

CAÂN BAÈNG NHU CAÀU DINH DÖÔÕNG CUÛA THÖÏC VAÄT NÖÔÙC

TPHCM

C

40%

:

N

7,2%

:

P

1%

vꢀVì vaäy, moät gram khoái löôïng taûo khoâ chöùa xaáp xó 10mg phoát

pho, 72 mg nitô vaø 400mg cacbon. Treân cô sôû naøy ta coù theå keát

luaän:

üꢀ N:P > 7,2 thì P trôû thaønh nguyeân toá haïn cheá söï phuù döôõng hoùa.

üꢀ N:P < 7,2 thì N trôû thaønh nguyeân toá haïn cheá söï phuù döôõng hoùa.

vꢀPhieâu sinh thöïc vaät coù theå khoâng ñöôïc tính toaùn treân cô sôû khoái

löôïng khoâ maø ñöôïc tính toaùn baèng ñôn vò khaùc laø chlorophyll a,

vꢀTyû soá chlorophyll vaø cacbon trong khoaûng 10 ñeán 50 µgChl/

mgC.

vꢀGiaù trò thaáp hôn thöôøng ñaëc tröng cho nguoàn nöôùc trong, saïch

vaø thieáu dinh döôõng.

vꢀNgöôïc laïi, giaù trò cao hôn giaù trò treân seõ ñaëc tröng cho nguoàn

nöôùc ñuïc vaø phuù döôõng hoùa.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

24

12

CHAÁT DINH DÖÔÕNG KIEÅM SOAÙT SINH KHOÁI THÖÏC VAÄT

BK

TPHCM

TRONG ÑIEÀU KIEÄN PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA (1)

vꢀChaát dinh döôõng kieåm soaùt löôïng sinh khoái

thöïc vaät laø chaát dinh döôõng seõ ñaït giaù trò

noàng ñoä nhoû nhaát tröôùc so vôùi nhöõng chaát

dinh döôõng coøn laïi khaùc.

vꢀHình sau minh hoïa nguyeân taéc naøy.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

25

BIEÅU ÑOÀ MINH HOÏA NGUYEÂN TAÉC CHAÁT DINH DÖÔÕNG

BK

TPHCM

NHOÛ NHAÁT KIEÅM SOAÙT SINH KHOÁI THÖÏC VAÄT

Nitô kieåm soaùt sinh khoái

Phoát pho kieåm soaùt sinh khoái

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

26

13

CHAÁT DINH DÖÔÕNG KIEÅM SOAÙT SINH KHOÁI THÖÏC VAÄT

BK

TPHCM

TRONG ÑIEÀU KIEÄN PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA (3)

vꢀTreân cô sôû lyù luaän treân, chaát dinh döôõng naøo chieám

öu theá kieåm soaùt phuï thuoäc vaøo hai ñieàu kieän sau:

1. Khoái löôïng nitô vaø phoát pho caàn thieát cho thöïc vaät

nöôùc.

2. Khoái löôïng nitô vaø phoát pho coù saün cho söï phaùt

trieån ban ñaàu cuûa thöïc vaät nöôùc.

vꢀÑoái vôùi phieâu sinh thöïc vaät teá baøo chöùa xaáp xó

khoaûng 0,5 – 2,0 µgP/µgChl (giaù trò ñieån hình laø 1,0

µgP/µgChl) vaø 7 – 10 µgN/µgChl (giaù trò ñieån hình laø 10

µgN/µgChl).

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

27

BIEÅU ÑOÀ MINH HOÏA BAÈNG SOÁ QUAN HEÄ GIÖÕA

BK

TPHCM

NITÔ, PHOÁT PHO VAØ CHLOROPHYLL

Neáu löôïng nitô coù saün ban ñaàu laø 5mgN/L vaø giaû söû

raèng löôïng nitô tính theo caân baèng dinh döôõng laø 10

µgN/µgChl, löôïng biomas tieàm taøng seõ laø:

(5000 µgN/L) : 10 µgN/µgChl = 500 µgChl/L

Nitô kieåm soaùt

Neáu 1mgP/L coù saün ban ñaàu, giaû söû raèng löôïng phoát pho tính theo

caân baèng dinh döôõng laø 1µgP/µgChl, löôïng biomas tính toaùn laø:

(1000 µgP/L) : 1 µgP/µgChl = 1000 µgChl/L

a Nitô kieåm soaùt neân sinh khoái chæ coù theå laø 500 µgChl/L

Phoát pho kieåm soaùt

Neáu möùc ñoä sinh khoái mong muoán ñaït ñöôïc laø 50 µgChl/L thì möùc phoát pho ban ñaàu

phaûi giaûm xuoáng coøn 50 µgP/L (0,05 mgP/L) (do chi phí xöû lyù phoát pho thaáp hôn)

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

28

14

CHAÁT DINH DÖÔÕNG KIEÅM SOAÙT SINH KHOÁI THÖÏC VAÄT

BK

TPHCM

TRONG ÑIEÀU KIEÄN PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA (4)

Ñaët:

N = noàng ñoä nitô coù saün ban ñaàu [M/L³] mg/L;

a_N= tyû soá nitô/chlorophyll (a_N= 10 µgN/µgChl);

p = löôïng phoát pho coù saün ban ñaàu [M/L³] mg/L;

a_p= tyû soá phoát pho/chlorophyll (a_P= 1,0 µgP/µgChl);

P = löôïng chlorophyll taïo ra töø löôïng dinh döôõng coù saün

treân [M/L³] µgChl/L,

Treân cô sôû laäp luaän ôû phaàn treân ta coù:

{

}

P = min N / a_N; p/ a_p(3.2)

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

29

CHAÁT DINH DÖÔÕNG KIEÅM SOAÙT SINH KHOÁI THÖÏC VAÄT

BK

TPHCM

TRONG ÑIEÀU KIEÄN PHUÙ DÖÔÕNG HOÙA (5)

vꢀKeát quaû cuûa nhieàu nghieân cöùu cho bieát giaù trò cuûa a_N/

a_pbaèng 10.

üꢀKhi tyû soá N/p < 10, N seõ kieåm soaùt sinh khoái thöïc vaät

üꢀKhi tyû soá N/p > 10, P seõ kieåm soaùt sinh khoái thöïc vaät.

vꢀGiaù trò naøy phuï thuoäc vaøo söï bieán thieân cuûa vieäc caân

baèng nhu caàu dinh döôõng cuûa thöïc vaät:

üꢀTyû soá N/p baèng 20 hay lôùn hôn thöôøng phaûn aùnh heä

thoáng haïn cheá bôûi phoát pho

üꢀN/p baèng hay nhoû hôn 5 phaûn aùnh heä thoáng haïn

cheá bôûi nitô.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

30

15

BK

HÌNH VEÕ MINH HOÏA CAÙC VUØNG KIEÅM SOAÙT CUÛA

TPHCM

NITÔ VAØ PHOÁT PHO THEO TYÛ SOÁ N/P.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

31

BK

KIEÅM SOAÙT CHAÁT DINH DÖÔÕNG CUÛA CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC

TPHCM

Tyû soá N/p cuûa nguoàn ñieåm, nguoàn phaân taùn vaø nöôùc bieån

Loaïi nguoàn

TN/Tp ^a

IN/Ip ^aChaát dinh döôõng

giôùi haïn

Nguoàn ñieåm

Ñaàu ra cuûa nhaø maùy xöû lyù

buøn hoaït tính khoâng khöû

phoát pho

3

4

Nitô

Ñaàu ra cuûa nhaø maùy xöû lyù

buøn hoaït tính coù khöû phoát

pho

27

22

Phoát pho

Nguoàn phaân taùn

50% noâng nghieäp vaø ñoâ

thò

Nöôùc bieån

28

25^b

2^c

Phoát pho

Nitô

^aTN/Tp = toång nitô/toång phoát pho (mg/L/mg/L); IN/Ip = nitô voâ cô/phoát pho voâ cô (mg/L/mg/L)

^bIN = 0,53 mgN/L; vaø Ip = 0,021 mgP/L cho nguoàn phaân taùn chaûy traøn beà maët.

^cIN = 33 µgN/L vaø Ip = 15 µgP/L

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

32

16

BK

KIEÅM SOAÙT CHAÁT DINH DÖÔÕNG CUÛA CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC

TPHCM

Tyû soá N/p vaø chaát dinh döôõng giôùi haïn cho nhieàu möùc

ñoä xöû lyù khaùc nhau

Chaát dinh

döôõng giôùi

haïn

Noàng ñoä hieäu löïc (mg/L)

Möùc ñoä xöû lyù

Nöôùc thaûi thoâ

TN/Tp IN/Ip

TN

40

IN

Tp

10

Ip

7

25

4,0

3,4

3,6

4,4

Nitô

Buøn hoaït tính

27

26

22

8

7

5

Buøn hoaït tính + nitrat

hoùa

3,7

4,4

Nitô

Phoát pho

Nitô

Buøn hoaït tính + khöû

27

3

22

2

1

8

1

5

1

27,0 22,0

phoát pho

Buøn hoaït tính + khöû

nitô

0,4

3,0

0,4

2,0

Buøn hoaï tính + khöû

3

2

Nitô

phoát pho + khöû nitô

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

33

CHAÁT DINH DÖÔÕNG GIÔÙI HAÏN CHO NHIEÀU NGUOÀN NÖÔÙC KHAÙC NHAU

BK

TPHCM

Soâng vaø doøng chaûy

Chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn ñieåm

N

Khoâng coù khöû phoát pho

<< 10 : Nitô giôùi haïn

P

N

Khöû phoát pho

>> 10 : Phoát pho giôùi haïn

P

N

Chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn phaân taùn

>> 10 : Phoát pho giôùi haïn

P

Cöûa soâng

Vuøng nöôùc ngoït

N

Chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn phaân taùn

>> 10 : Phoát pho giôùi haïn

P

N

Chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn ñieåm

<< 10 : Nitô giôùi haïn

P

Vuøng nöôùc maën

N

Chòu aûnh höôûng xaâm nhaäp cuûa nöôùc bieån

<< 10 : Nitô giôùi haïn

P

N

Vuøng nöôùc lôï vaø vuøng chuyeån tieáp

≈10 : Nitô hoaëc Phoát pho giôùi haïn

P

Hoà

N

Hoà lôùn chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn phaân taùn

>> 10 : Phoát pho giôùi haïn

P

N

Hoà nhoû chòu aûnh höôûng cuûa nguoàn ñieåm

<< 10 : Nitô giôùi haïn

P

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

34

17

BK

3.3. MOÂ HÌNH ÑÔN GIAÛN MOÂ TAÛ SÖÏ PHUÙ

DÖÔÕNG HOÙA TRONG HOÀ CHÖÙA (1)

TPHCM

vꢀCaùch tieáp caän cô baûn ñoái vôùi moâ hình moâ taû

söï phuù döôõng hoùa cuûa caùc hoà chöùa laø thöïc

hieän caân baèng vaät chaát chaát dinh döôõng ñöôïc

xem laø taùc nhaân haïn cheá söï phaùt trieån sinh

khoái thöïc vaät, ñoù laø phoát pho.

vꢀToång phoát pho (Tp) ñöôïc söû duïng nhö moät

thoâng soá chæ thò bieåu dieãn traïng thaùi dinh

döôõng cuûa hoà.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

35

BK

CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ÑOÁI VÔÙI PHOÁT PHO (1)

TPHCM

Caùc giaû thuyeát söû duïng laø:

1. Hoà ôû cheá ñoä xaùo troän hoaøn toaøn.

2. Ñieàu kieän traïng thaùi oån ñònh söû duïng ñeå öôùc tính

giaù trò trung bình muøa hay trung bình naêm.

3. Phoát pho laø taùc nhaân haïn cheá söï phaùt trieån sinh

khoái thöïc vaät.

4. Phoát pho toång coäng ñöôïc söû duïng nhö laø moät ñaïi

löôïng moâ taû traïng thaùi dinh döôõng cuûa hoà.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

36

18

BK

CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ÑOÁI VÔÙI PHOÁT PHO (2)

TPHCM

V = Theå tích cuûa hoà [L³]. m³

p = phoát pho toång coäng trong hoà

[M/L³], ví duï: mg/L

Q = löu löôïng ra khoûi hoà, m3/ngaøy

A_s= dieän tích beà maët cuûa hoà [L²].

W = nguoàn phoát pho beân ngoaøi,

[M/L] ví duï : g/s; kg/năm

K_s= toác ñoä tieâu thuï (bieán maát)

cuûa phoát pho toång coäng [1/T]

H = chieàu saâu cuûa hoà [L]: m

Phöông trình caân baèng phoát pho cho hoà xaùo troän hoaøn toaøn laø:

Vv_s

dp

dt

A_sv_s=

=VK_s

V

= W − v_sA_sp −Qp (3.3)

H

v_s

dp

Hay

^VôùiK_s=

= W − K_spV −Qp (3.4)

(3.5)

V

dt

H

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

37

BK

CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ÑOÁI VÔÙI PHOÁT PHO (3)

TPHCM

vꢀÔÛ traïng thaùi oån ñònh phöông trình (5.3) vieát laïi nhö sau:

W

Q + v_sA_s

p =

(3.6)

vꢀBaèng caùch ñöa vaøo ñaïi löôïng taûi troïng beà maët W’:

W

A_s

W'=

[M/L².T][g/m².naêm] (3.7)

Phöông trình naøy cuõng coù theå bieåu dieãn döôùi daïng:

W'

q + v_s

p =

(3.8)

Trong ñoù: q laø toác ñoä chaûy traøn thuûy löïc, q = Q/A_s[L/T].

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

38

19

BK

CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ÑOÁI VÔÙI PHOÁT PHO (4)

TPHCM

vꢀTreân cô sôû naøy phöông trình (3.5),(3.8) coù theå vieát laïi

nhö sau:

W'

p =

=

q + v_sQ/ A_s+ HK_sH(Q/ HA_s+ K_s) H(Q/V + K_s)

W'

H(ρ + K_s)

p =

(3.9)

Trong ñoù:

Q 1

V t_d

ρ = =

(3.10)

t_dlaø thôøi gian löu nöôùc trong hoà.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

39

BK

CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ÑOÁI VÔÙI PHOÁT PHO (5)

TPHCM

vꢀ Möùc phoát pho toång coäng cho pheùp ñöôïc laø bao nhieâu?

vꢀ Möùc phoát pho vöôït quaù ngöôõng cho pheùp laø bao nhieâu?

[ Öôùc löôïng ñeå tính toaùn taûi troïng phoát pho cho pheùp W’.

vꢀ Keát quaû nghieân cöùu cuûa Vollenweider vaø nhieàu taùc giaû

khaùc ñaõ ñeà xuaát nhö sau:

Möùc toång phoát pho cho pheùp, p_cp= 0,010 mgP/L (g/m³)

= 10 µg/L (mg/m³)

Möùc toång phoát pho vöôït quaù ngöôõng cho pheùp,

p_ng= 0,020 mgP/L (g/m³) = 20 µg/L (mg/m³)

vꢀ Ñieàu naøy coù nghóa laø vuøng bieåu dieãn traïng thaùi dinh döôõng

trung bình (mesotrophy) naèm giöõûa hai bieân coù noàng ñoä

toång phoát pho laø 10 µg/L vaø 20 µg/L.

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

40

20

Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Chương 3: Sự phú dưỡng hóa nguồn nước - Lê Hoàng Nghiêm