Tiểu luận Khả năng tự làm sạch HST lưu vực sông Đồng Nai

(1.1) viết lại thành: n = (1.2) Hệ số pha trộn (phần nước nguồn tham gia vào quá trình ) phụ thuộc vào đặc tính thủy lực và hình dạng dòng chảy, đối với sông ta xác định theo công thức: = (1.3) Trong đó: L : Khoảng cách từ cửa xả nước thải tới mặt cắt tính toán (tính theo chiều dòng chảy),m; : Hệ số tính đến ảnh hưởng thủy lực : (1.4) Với : Hệ số cong- tính bằng tỉ số giữa khoảng cách theo chiều dòng sông L và khoảng cách theo đường thẳng L1 E : Hệ số khuếch tán Trường hợp dòng chảy phức tạp thì hệ số E được xác định theo công thức của Makaveev (1.5), còn đối với dòng chảy êm thì dùng công thức của Potonov (1.6) E = (1.5) Hay E = (1.6) Trong đó : g : Gia tốc rơi tự do, m/s2 Vtb : tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s Htb : Độ sâu trung bình của dòng chảy, m m : Tỉ số giữa tốc độ dòng chảy của nước trong nguồn và nước thải qua miệng xả c : Nồng độ bẩn của nước nguồn : Hệ số bằng 1 khi cửa xả đặt gần bờ, bằng 1,5 khi cửa xả đặt xa bờ Từ công thức (1.3) thấy hệ số tiến tới 1 khi khoảng cách dài vô hạn. Trong thực tế , một khoảng cách như thế là không thế có. Chính vì vậy, người ta chỉ xác định một khoảng cách nào đó để nguồn nước có thể tham gia được 70-80% lưu lượng vào quá trình xáo trộn đối với nguồn nước mặt công suất nhỏ và 25-30% đối với nguồn nước mặt cở trung bình và lớn . Bảng xác định vị trí xáo trộn toàn phần, khoảng cách L: Tỉ lệ giữa lưu lượng nước nguồn và nước thải Q:q Khoảng cách (km) từ cửa xả nước thải tới mặt cắt xáo trộn Hoàn toàn với lưu lượng nước nguồn , m3/h Đến 5 5 50 0 >500 1:1 5:1 5:1 25:1 25:1125:1 125:1600:1 >600 0,54 0,54 10 25 50 0,72 4 12 30 60 0,9 6 15 35 70 1,35 9 20 50 100 Sự xáo trộn khuếch tán chủ yếu là do lực gió, sóng, đuổi về mọi hướng và do chênh lệch áp suất, nhiệt độ, ở các lớp nước tạo nên. Để quá trình tự làm sạch diễn ra bình thường cần đảm bảo các điều kiện sau: Sau khi xả nước thải vào nguồn, nước hỗn hợp còn lượng oxi dự trữ Trong nước nguồn xảy ra cùng lúc 2 quá trình: Tiêu thụ oxi và hòa tan oxi Quá trình tiêu thụ oxi hay oxy hóa chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật diễn ra 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứa cacbon tạo CO2 và H2O Giai đoạn 2: oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứa nito, ban đầu thành nitrit sau dó là nitrat Nếu lượng oxy đầy đủ, thì giai đoạn 1 tuân theo qui luật “ tốc độ tiêu thụ oxy (tốc độ oxy hóa) ở nhiệt độ không đối, tại một thời điểm cho trước tỉ lệ lượng chất hữu cơ có trong nước thải “ Từ đó có thể thiết lập phương trình đặc trưng cho quá trình tiêu thụ oxy. Kí hiệu S0 là nhu cầu oxy cho quá trình sinh hóa lúc ban đầu ; S là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ sau thời gian t. Ta có công thức: S = S0 10 –k1t (1.7) S0 – S = S0(1-10k1t) (1.8) Hệ số k1 phụ thuộc vào nhiệt độ của nước. Khi nhiệt độ của nước thải tăng thì k1 cũng tăng. Bằng thực nghiệm người ta đã thiết lập công thức tính toán k1 như sau: k1(T2) = k1(T1)1.047(T2-T1) (1.9) Trong đó: k1(T2) , k1(T1) là hệ số phân hủy ở nhiệt độ tương ứng T1 và T2 Vì BOD thường được xác định trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ 200C nê n biểu thức (1.9) có thể viết thành : k1(T2) = k1(T1) (T2-T1) trong đó nằm trong khoảng 1,0561,135 Các giá trị k1 đối với nước thải sinh hoạt lấy theo nhiệt độ, và căn cứ vào bản sau : Nhiệt độ nước thải 0C 10 15 20 25 30 Giá trị k1 0,063 0,08 0,1 0,126 0,158 Song song với quá trình tiêu thụ oxy, trong nguồn nước luôn bổ sung lượng oxy mới . Nguồn bổ sung oxy chủ yếu là oxy không khí thâm nhập vào nước. Ngoài ra oxy còn được bổ sung do quá trình quang hợp của thực vật nước. Thực vật nước đồng hóa cacbon từ axit cacbonat giải phóng oxy tự do. Tuy nhiên, oxy cũng như các khí khác đều có thể hòa tan vào trong nước tới giá trị bão hòa, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha khí và nước Nếu lượng oxy hòa tan trong nước nguồn nước nhỏ hơn lượng oxy ứng với độ bão hòa hoàn toàn ở nhiệt độ cho trước thì trong nguồn nước bị thiếu oxy Nếu kí hiệu Da là độ thiếu hụt oxy lúc ban đầu , Dt là độ thiếu hụt sau thời gian t, thì quá trình hòa tan oxy có thể được biểu diễn bởi công thức sau: Dt = Da 10 –k2t (1.10) Với k2 là hệ số tốc độ hòa tan, phụ thuộc vào bản chất không khí, nhiệt độ môi trường, trạnh thái bề mặt tiếp xúc và điều kiện khuấy trộn không khí với nước , tham khảo bảng sau Đặc điểm nguồn nước Giá trị k2 khi nhiệt độ của nước nguồn 100C 150C 200C 250C Nguồn nước không có dòng chảy hoặc chảy chậm 0,11 0,15 Nguồn nước với tốc độ dòng chảy <0,5m/s 0,17 0,185 0,02 0,215 Nguồn nước với tốc độ dòng chảy mạnh 0,425 0,46 0,05 0,54 Nguồn nước nhỏ với dòng chảy mạnh 0,684 0,74 0,08 0,865 Nếu đề cập quá trình tiêu thụ oxy xảy ra đồng thời với quá trình hòa tan oxy, thì độ thiếu hụt oxy sau thời gian t sẽ là: Dt = Trong đó: Shh : BOD của hỗn hợp nước nguồn và nước thải ở thời điểm xả nước thải vào nguồn, nghĩa là thời điểm ban đầu của quá trình tiêu thụ oxy. vXét về khả năng tự làm sạch của dòng sông, về mặc cơ học sự biến đổi của 2 yếu tố BOD và DO- ô nhiễm hữu cơ dòng chảy được mô tả bởi những công thức sau:   Với BOD có nồng độ B:   Với DO có nồng độ D: Trong đó: Bq,Dq tương đương là nồng độ BOD và DO trong dòng gia nhập với lưu lượng q Ds là độ bão hòa oxy K1 hằng số giảm BOD K2 hằng số thấm khí K3 hằng số biến đổi BOD do lắng đọng U vận tốc trung bình của dòng chảy F(At, N1, N2) là hàm số phụ thuộc sinh khối tảo, nồng độ amoni N1va nitonitrit E hệ số phân tán không đều của vận tốc trên mặt cắt ngang so với vận tốc trung bình Ds là hàm số nhiệt độ. Nhiệt độ dòng chảy cao thì nhiệt độ bão hòa oxy giảm Chúng ta có các hệ số thực nghiệm sau: K2 = 5,344U0,67 d-1,85 đối với 0,12<d<3,3 và 0,03<U<1,5m/s K2 = 5,15Ud-1,33 K2 = 3,95U0,5d-1,5 2.4 Cơ chế tự làm sạch của HST lưu vực sông : 2.4.1 Các quá trình tự làm sạch: 2.4.1.1 Sự pha loãng, bốc hơi, phân tán: Quá trình xáo trộn (pha loãng ) thuần tuý lý học giữa nước thải với nguồn nước. Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nguồn nước. Do hai quá trình trên nồng độ các chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước sau một thời gian sẽ giảm xuống đén một mức nào đó. Đối với nguồn nước có dòng chảy (sông) nước thải được pha loãng với nguồn nước và theo dòng chảy đổ ra biển hay một nơi nào đó. Quá trình xáo trộn nước thải với nước nguồn: Khi xác định mức độ xáo trộn giữa nước thải với nước sông không lấy toàn bộ lưu lượng nước sông để tính vì ở khía cạnh cống xả quá trình xáo trộn chưa thể đạt hoàn toàn chỉ đạt mà chỉ đạt hoàn toàn ở một khoảng cách nào đó xa cống xả. Mặc khác, tỉ lệ giữa lưu lượng nước thải và lưu lượng nước nguồn càng lớn thì khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán (là nơi đã thực hiện quá trình xáo trộn hoàn toàn) sẽ càng lớn. 2.4.1.2 Sự phân hủy chất hữu cơ: Sự phân huỷ chất bẩn có ý nghĩa lớn nhất trong quá trình tự làm sạch của nguồn nước là sự sinh chuyển hoá chất bẩn. Khi chất ô nhiễm xuất hiện, 70-80 % bị lên men, oxi hóa tạo cacbonic, nước, và ammoniac.Cơ chế: vi khuẩn là nhân tố chính trong quá trình sinh hoá bình thường trong nguồn nước thiên nhiên. Chúng biến các chất hữu cơ hoà tan thành tế bào của mình và các chất vô cơ. Các chất vô cơ lại được tảo sử dụng. Động vật hạ đẳng, vi khuẩn làm thức ăn cho cá bé, rồi cá lớn. Cá lại là nguồn thức ăn cho con người. Vi khuẩn và nấm phân huỷ chất hữu cơ để giải phóng CO2 , H2O và một số muối khoáng. Trong quá trình này chúng sử dụng một lượng oxy rất lớn nên thường gây ra hiện tượng thiếu hụt oxy ngay sau khi xả nước thải vào sông hồ. Qúa trình này diễn ra càng mạnh thì hiệu quả tự làm sạch nguồn nước càng cao. Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong thiên nhiên và được coi là tác nhân thu gom có hiệu quả chất hữu cơ trong dung dịch loãng. Vi khuẩn oxy hoá chất hữu cơ để tự cung cấp đủ năng lượng nhằm tổng hợp các phân tử hữu cơ phức tạp cần cho sự hình thành các tế bào mới. Sự hấp thụ thức ăn của vi khuẩn diễn ra trên toàn bộ bề mặt của nó.Lượng vi khuẩn và nấm trong nước tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong nước sạch thường không đủ chất hữu cơ (chất dinh dưỡng) cho các loại hoại sinh. Khi các chất hữu cơ lẫn vào nước nguồn thì các vi sinh vật phát triển nhảy vọt. Trong quá trình sinh trưởng phát triển các vi sinh vật tiêu thụ càng nhiều oxy. Kết quả nồng độ oxy trong nước giảm, thậm chí bị tiêu thụ hoàn toàn, tạo điều kiện yếm khí trong môi trường.Thực vật phù du: là thực vật sống trôi nổi trong nước, có thể tự dưỡng qua quá trình quang hợp góp phần phân giải chất hữu cơ hạn chế ô nhiễm nước.Nó làm giàu oxy trong nước, oxy rất cần cho quá trình phân huỷ chất hữu cơ, làm giảm các nguyên tố dinh dưỡng trong nước. Nó là nguồn thức ăn cho các loại sinh vật ăn thực vật. Tuy nhiên, thực vật phù du phát triên quá mạnh thì lại làm nguồn nước biến đổi lần thứ hai. Bèo hoa dâu, bèo tây, bèo tấm… bộ rễ phát triển lơ lửng trong nước và hút các chất ô nhiễm làm thức ăn trong quá trình sinh trưởng. Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước và làm giảm lượng các chất dinh dưỡng; tham gia tích cực vào việc khử các sản phẩm dầu, các chất độc; dễ tách khỏi bùn nước. Ở những nơi ít nước, chúng sẽ biến hồ thành đầm lầy.Lau sậy, cỏ năng… không những hút các chất hữu cơ có trong đất trong nước mà còn hấp thu cả kim loại nặng làm giảm bớt ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng; cây tràm có cấu tạo sinh lý đặc biệt không những có khả năng sống ở trong độ phèn cao giảm lân cho đất mà còn giảm phèn cho nước.Có thể tách các chất lơ lửng và làm cho nước trong. Chúng làm giảm lượng oxy trong nước do hô hấp cũng như do chúng ăn động vật phù du; làm xáo trộn nước và hấp thu các vi sinh vật gây bệnh, có thể dùng khử trùng trong nước.Các loại động vật phù du lớn ăn thực vật phù du, tham gia quá trình phân huỷ chất hữu cơ, ở mức độ nào đó cũng ảnh hưởng tới chế độ oxy trong nước.Những loài cá ăn thực vật sẽ làm cản trở hiện tượng “nở hoa” trong nguồn nước. 2.4.1.3 Sự trầm tích: Là sự tách rời các chất rắn trong nước thải dưới dạng cặn bùn. Khả năng tự làm sạch còn có sự giúp đỡ của sự tách rời các chất rắn xác định trong nước thải ở dạng bùn lắng. Có thể nêu ra 4 dạng chất rắn trong nước thải đó là: Dạng lơ lửng, dạng keo tụ, dang bị phân hủy, và dạng lắng xuống. Đây là những loại ổn định và dễ tách. Đối với những nước bị phèn sự tương tác giữa các hạt keo sắt (keo âm) trong phù sa lơ lửng trong nước gặp các cation Al3+, Fe3+ chúng tạo ra phức dạng càng cua lắng tụ xuống, vừa làm sạch nước,giảm phèn, vừa tăng phù sa màu mỡ cho đất. 2.4.1.4 Quá trình hấp thụ sinh học: Là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy sinh, tảo, nấm, vi khuẩn...) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện tượng hấp thu sinh học-biosorption). Sự hấp thu sinh học các kim loại nặng có thể được biểu diễn bằng các đường đẳng nhiệt Freundlich hoặc Langmuir thể hiện một mối tương quan theo cân bằng tuyến tính giữa nồng độ kim loại nặng trong dung dịch và nồng độ kim loại nặng liên kết với bề mặt tế bào. ở tảo có nhiều vị trí liên kết tiềm tàng nằm trên thành tế bào và các khuôn ngoại bào do chúng được cấu tạo từ polysaccharid, celluose, acid uronic và các protein. Cả hai loại liên kết ion và cộng hóa trị đều tham gia vào việc hấp thu sinh học lên các protein và các polysaccharid quan trọng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hấp thu sinh học có thể bị ảnh hưởng của các cation khác, bởi pH, bởi mật độ tế bào. Tuy nhiên, độc tính và sự chết của tế bào có thể dẫn đến sự hấp thu nội bào không đặc hiệu. Tỷ lệ hấp thu sinh học trên hấp thu toàn phần và năng lực hấp thu có thể dao động giữa các loài tảo rất khác nhau. ở Ankistrodesmus braunii và Chlorella vulgaris, sự liên kết Cd lên thành tế bào có thể chiếm tới 80% hấp thu toàn phần. Tuy nhiên ở Eremosphaera viridis sự hấp thu nội bào lại chiếm phần lớn trong hấp thu toàn phần. 2.4.1.5 Sự tác động của ánh sáng mặt trời: Một trong hai khía cạnh: Hóa học và sinh học có thích hợp cho sự thủy phân chất hữu cơ. Các sinh vật yếm khí hóa lỏng, chia nhỏ thành phần các hợp chất hữu cơ Đó là sự hữu dụng trong khả năng tự làm sạch thông qua sự ổn định tẩy tráng trên vi khuẩn và xuyên qua tác động sinh học của các vi sinh vật, nguồn năng lượng từ mặt trời, chúng tự chuyển đổi thành chất dinh dưỡng cho các loại hình sóng khác nhau. Hấp thụ oxi và thải CO2 quá trình này được biết như sự quang hợp. 2.4.2 Các vùng biến đổi của chất thải: Vùng phân rã:Vùng này xảy ra ở nơi thấp hơn của cống, khi lượng nước chảy vào sông. Tiêu biểu của vùng này là nước trở nên đậm và đục với sự hình thành các cặn lắng. Hàm lượng oxy hòa tan giảm xuống 40%, hàm lượng CO2 tăng lên, xảy ra sự thông khí trở lại nhưng chậm hơn khử oxit. Tình trạng này không thuận lợi cho sự phát triển của thủy sinh vật. Nấm phát triển ở những điểm cao hơn, vi khuẩn phát triển ở những điểm thấp hơn, sinh ra những côn trùng nhỏ chiếm ưu thế sống ổn định trong nước cống. Vùng phân huỷ mạnh: Vùng này thấy rất rõ khi nước bị ô nhiễm nặng và đặc trưng bởi sự vắng mặt ôxy hoà tan, diễn ra sự phân huỷ kỵ khí. Do kết quả của sự phân huỷ cặn, các bọt khí và bùn cặn có thể xuất hiện trên mặt nước tạo thành váng màu đen. Nước sẽ có màu xám đen và có mùi hôi thối của các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn kỵ khí, nấm hầu như đã biến mất; các loài động vật bậc cao cũng rất ít, chỉ có một ít loài ấu trùng, côn trùng... Vùng phục hồi: ở vùng này nhiều chất hữu cơ đã lắng đọng xuống ở dạng cặn. Cặn bị phân huỷ kỵ khí dưới đáy hoặc trong dòng nước chuyển động. Vì nhu cầu tiêu thụ ôxy của nước nhỏ hơn tốc độ làm thoáng bề mặt nên tình trạng được cải thiện, nước được trong hơn. Lượng CO2, NH4 giảm và ôxy hoà tan, NO2-, NO3- tăng lên. Vi khuẩn có xu hướng giảm về số lượng vì việc cung cấp thức ăn bị giảm, chúng chủ yếu là loài hiếu khí. Nấm xanh, tảo xuất hiện đã sử dụng các hợp chất chứa nitrơ và CO2 rồi giải phóng ôxy giúp cho việc làm thoáng và hoà tan ôxy mạnh mẽ hơn. Tiếp theo, nhu cầu tiêu thụ ôxy giảm; các loài khuê tảo cũng ít hơn; xuất hiện các loài nguyên sinh động vật, nhuyễn thể, các thực vật nước; quần thể cá cũng ổn định dần và tìm thức ăn trong vùng này. Vùng nước trong: ở đây dòng chảy đã trở lại trạng thái tự nhiên và có các loài phù du thông thường của nước sạch. Do ảnh hưởng của độ phì dưỡng do ô nhiễm trước đây cho nên các loài phù du sẽ xuất hiện với số lượng lớn. Nước trở lại trạng thái cân bằng ôxy - lượng ôxy hoà tan lớn hơn lượng ôxy tiêu thụ - trạng thái ban đầu của nước đã được phục hồi hoàn toàn Sơ đồ 4 vùng biến đổi nước ô nhiễm trong quá trình tự làm sạch của dòng sông Đường cong độ hụt oxy hòa tan(DO) Vùng ô nhiễm Chỉ thị vật lý Sự tồn tại của cá Vùng phân rã -Cặn bả lắng xuống đáy -Thay đổi chất rắn Tổn hại đến cá chép Vùng phân hủy -Cặn lắng xuống đáy -Đục do khí độc hại không Vùng thu hồi -Đục -Cặn lắng xuống đáy Tổn hại đến cá chép Vùng làm sạch -Sạch Cặn không có dưới đáy 2.5 Vai trò của giới thủy sinh vật trong quá trình tự làm sạch của nước: Quá trình tự làm sạch của nước lien quan tới hoạt động sống của thủy sinh vật. Quá trình hoạt động sống của chúng dựa trên mối quan hệ cộng sinh(hoặc hội sinh) của toàn bộ quần thể sinh vật có trong nước. Phần chất không tan của hợp chất hữu cơ khi vào nước sẽ lắng xuống đáy, phần hòa tan sẽ được pha loãng ở trong nước. Theo chiều sâu của sông sẽ chia làm 3 khu vực: vùng kỵ khí ở đáy, vùng kỵ khí tùy nghi là lớp nước ở giữa, và vùng trên mặt là vùng hiếu khí. Vùng kỵ khí sẽ xảy ra quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí có trong bùn hoặc lớp nước ở đáy. Các sản phẩm phân hủy kỵ khí trước tiên là các axit hữu cơ sau đó thành NH3,H2S, CH4 , CO2,.. Trên vùng kỵ khí là vùng kỵ khí tùy nghi với hệ vi sinh vật khá phong phú, gồm các giống Pseudomonas, Bacillus, Flavobactarium, Achromobacter,…Các vi khuẩn này phân hủy chất hữu cơ thành nhiều chất trung gian khác, cuối cùng là CO2 và H2O, đồng thời tạo ra các tế bào mới, chúng sử dụng oxi do tảo và các loài thực vật trong nước sinh ra. Các sinh vật nitrat hóa sẽ oxi hóa amon thành nitrat. Một nhóm khác có tác dụng khử nitrat như loài vi khuẩn Pseudomonas, Denitrificans, Bacillus lichenniformis, Thiobacillus Denitrificans,..khử nitrat thành nito phân tử. Các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành chất vô cơ (khoáng hóa) cung cấp cho thực vật thủy sinh, trước hết là tảo. Tảo và các thực vật thủy sinh khác lại cung cấp oxi cho vi khuẩn. Các loại thực vật thủy sinh, như tảo, rong đuôi chó, rong xương chó, rau lác, các loại bèo ,…có rễ, thân tạo điều kiện cho vi sinh vật bám vào mà không bị chìm xuống đáy. Chúng cung cấp oxi cho vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn cung cấp cho vi sinh vật những hoạt chất sinh học cần thiết, ngược lại vi khuẩn cung cấp ngay tại chỗ cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất của mình , đồng thời thực vật cũng che chở cho vi khuẩn khỏi bị chết dưới ánh sang mặt trời. Tảo khi sống còn là nguồn thức ăn cho cá và các loại thủy sản khác , khi chết sẽ là dinh dưỡng cho vi sinh vât. Các quá trình biến đổi hóa sinh trong nước được mô tả dưới sơ đồ sau: Mặt Trời CH4,CO2,và các khí khác CO2 Các khí khác O2 CH4 +CO2 + NH3 Vùng kỵ khí Các axit hữu cơ Các chất hữu cơ Vi sinh Vật Bùn lắng Tế bào mới Tế bào chết Lượng chất rắn Nước đưa vào xử lý CO2 + NH3 + PO4 O2 Vi khuẩn Tảo Tế bào chết Các tế bào vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn trong nước cùng với tảo là thức ăn của các động vật bậc thấp (động vật nguyên sinh). Các động vật bậc thấp và tảo cũng là thức ăn của các loại cá bé. Các loại cá bé, cá lớn lại là nguồn thức ăn cho con người. Con người ăn và bài tiết chất thải làm nhiễm bẩn nguồn nước. Chu trình nhiễm bẩn và tự làm sạch lại trở lại như ban đầu . Chu trình được minh họa dưới sơ đồ sau: Vi khuẩn,tảo Cá lớn Nước thải Người Cá bé Động vật nguyên sinh Tóm lại, vai trò của thủy sinh vật trong quá trình tự làm sạch được tóm tắt như sau: Vi khuẩn đóng vai trò chủ yếu trong quá trình phân hủy chất hữu cơ. Chúng có khả năng phân hủy bất kỳ trong tự nhiên, các chất đường bột, protein, chất béo sẽ sớm được phân hủy ; xenlulozo, hemixenlulozo bị phân hủy muộn hơn; cao su; chất dẻo; chất hóa học phân hủy chậm và rất chậm (có khi vài trăm năm). Các chất hữu cơ hydratcacbon, protein, chất béo, cùng với nguồn nito, photpho,…là chất dinh dưỡng của vi khuẩn. Bản thân tế bào vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh, là nguồn thức ăn cho nguyên sinh động vật. Trong quá trình sống của vi khuẩn CO2 được sinh ra làm nguồn cacbon dinh dưỡng choc ho tảo và các thực vật nổi khác. Tảo và thực vật khác sử dụng chất khoáng, trong đó có CO2 ,NH4+ do vi khuẩn tạo thành , để phát triển tăng sinh khối và sinh ra oxy. Oxy phân tử làm giàu oxy hòa tan trong nước tạo điều kiện cho vi khuẩn hiếu khí phát triển và được sử dụng cho các phản ứng oxy hóa khử trong quá trình phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ. Thực vật phù du , trong đó tảo là thức ăn cho động vật nguyên sinh và cá nhỏ . Các thực vật bậc cao hơn, như rong, rêu, cỏ, bèo,..cũng tham gia vào chu trình này , khử các sản phẩm phân hủy các hợp chất hữu cơ do vi khuẩn, sử dụng CO2 cùng với nguồn amon, photphat, để tăng sinh khối và tạo thải oxy. Động vật phù du ăn thực vật phù du và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ. Chúng có thế tách các chất lơ lửng ra khỏi nước và làm nước trong. Chúng làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Như vậy, việc làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ chủ yếu là do vi khuẩn có trong nước, tảo và thực vật nổi khác chỉ sinh O2 và có rễ để vi khuẩn bám vào, cùng tán lá che ánh nắng để vi khuẩn khỏi chết. Vai trò chính của tảo và thực vật là khử nguồn nito amon hoặc nitrat, nguồn photpho có trong nước. 3. Khả năng tự làm sạch của lưu vực sông Đồng Nai: 3.1 Các yếu tố tự nhiên và xã hội ảnh hưởng tới khả năng tự làm sạch của lưu vực sông Đồng Nai: 3.1.1 Dòng chảy: Môđun dòng chảy trung bình trên toàn lưu vực hệ thống sông Đồng Nai khoảng 25 1/s/km2, tương ứng với dòng chảy 800mm trên tổng lớp nước trung bình 2100mm, hệ số dòng chảy 0,83 thuộc vào loại dòng chảy trung bình ở nước ta. Do sự phân bố lượng mưa không đều ở các vùng nên dòng chảy cũng không giống nhau ở các vùng. Số liệu của một số vùng như sau: Lưu vực có môđun dòng chảy nhỏ: Sông Vàm Cỏ, hạ lưu sông Đồng Nai- Sài Gòn có môđun dòng chảy khoảng 15-20 1/s/km2 . Đây là những vùng có hiệu suất dòng chảy thấp(từ 22-33% lượng mưa) vì thế khu vực này khả năng tự làm sạch rất thấp do sự pha loãng chất ô nhiễm không hiệu quả. Lưu vực có môđun dòng chảy trung bình: Lưu vực sông Bé, ven biển Vũng Tàu, Tp.HCM, thượng lưu sông Sài Gòn: môđun dòng chảy khoảng 18-28 1/s/km2 . Khu vực này khả năng tự làm sạch thấp. Lưu vực có môđun dòng chảy lớn: Trung lưu sông Đồng Nai, thượng lưu sông Bé, sông La Ngà có môđun dòng chảy khoảng 38-43 1/s/km2 . môđun dòng chảy khoảng 18-28 1/s/km2 . môđun dòng chảy khoảng 18-28 1/s/km2 .Vì thế vùng này có khả năng tự làm sạch lớn nhất. 3.1.2 Ảnh hưởng của chế độ thủy văn từ thượng lưu: Lưu lượng của dòng sông phụ thuộc rất lớn vào lượng mưa trên lưu vực. Lượng mưa trung bình hàng năm trong khu vực vào khoảng 1700 – 1800 mm, ở vùng ven biển Vũng Tàu và Đà Lạt là nơi thấp nhất, ở vùng Bình Phước, Bảo Lộc là cao nhất. Trên 80% lượng mưa tập trung chủ yếu vào các tháng 5-11. Lưu lượng sông phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa. Giá trị này thấp vào mùa khô, và cao vào mùa mưa. Do đó khả năng tự làm sạch cao nhất vào mùa khô. Hoạt động của hồ Dầu Tiếng, hồ Thác Mơ, hồ Hàm Thuận – Đa Mi đặc biệt là hồ Trị An đã ảnh hưởng đến lưu lượng của sông và thay đổi đặc tính thủy van dẫn đến khả năng tự làm sạch ở những vùng này ngày một suy giảm. Trong thập kỷ tới, khi đưa vào thêm hoạt động của các hồ chứa trên thượng nguồn, sẽ làm thay đổi lưu lượng nước sông ở vùng hạ lưu. Thí dụ, việc chuyển một phần khá lớn lưu lượng nước từ sông Bé (65-75m3/s) vào sông Sài Gòn (dự án thủy lợi Phước Hòa) chế độ thủy văn trong lưu vực tiếp tục bị thay đổi. Từ đó có thể làm giảm ô nhiễm sông Sài Gòn nhưng sẽ tăng mức độ ô nhiễm sông Đồng Nai do lưu lượng sông Đồng Nai bị mất đến 20-30% vào mùa khô. 3.1.3 Ảnh hưởng của khí hậu: 3.1.3.1 Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước nguồn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chế độ oxy của nguồn nước. Về mùa hè khi nhiệt độ của nước nguồn tăng, quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ xảy ra với cường độ mạnh hơn. Trong khi đó độ hòa tan của oxy vào nước lại giảm xuống. Vì vậy về mùa hè, độ thiếu hụt oxy tăng nhanh hơn so với mùa đông. Về mùa đông nhiệt độ nước nguồn thấp nên độ hòa tan tăng, tuy nhiên với nhiệt độ thấp các vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ sẽ hoạt động yếu. Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ xảy ra chậm chạp. Nói một cách khác, về mùa đông quá trình tự làm sạch của nước nguồn xảy ra một cách chậm chạp. Do ảnh hưởng của chế độ chuyển động biểu kiến của mặt trời nên mỗi địa điểm trên lưu vực sông Đồng Nai mỗi năm đều có 2 lượt mặt trời qua thiên đỉnh và khoảng cách giữa 2 lần qua đỉnh này là khá dài (khoảng 118-128 ngày), cho nên nền nhiệt của lưu vực này khá cao và ổn định. Tuy nhiên, do trong lớp khí quyển dưới thấp (tầng đối lưu), theo qui luật nhiệt độ giảm theo độ cao, cho nên một số nơi trên phần phía Bắc của lưu vực như Đà Lạt (1500m), Bảo Lộc (800m), Phước Long (250m) nhiệt độ trung bình tháng và năm đều thấp hơn các trạm phía Nam lưu vực. Do vậy, phía Nam lưu vực khả năng tự làm sạch cao hơn các khu vực còn lạiTrên lưu vực sông Đồng Nai nhiệt độ thấp nhất TB năm khoảng 140C- 17,50CNhiệt độ TB thấp nhất trung bình hầu hết đều xuất hiện vào tháng 1, và cao nhất vào tháng tư hoặc tháng 5. Điều này cũng giải thích nguyên nhân tại sao khả năng tự làm sạch của lưu vực cao nhất vào mùa khô. 3.1.3.2 Bốc hơi: Trong lưu vực, khu vực Bảo Lộc- Đà Lạt có độ cao 850-1500 m, nên nhiệt độ thấp và độ ẩm cao tức là độ chênh lệch ở đây nhỏ, áp suất khí quyển nhỏ và lượng bốc hơi nhỏ (33mm/tháng -198mm/tháng). Lượng bốc hơi trung bình tháng ở Phước Long nhỏ hơn Biên Hòa nhưng lại cao hơn Bảo Lộc- Đà Lạt. Lượng bốc hơi TB năm cũng chia thành 2 vùng khá rõ rệt: trên các vùng cao (Bảo Lộc- Đà Lạt, Phước Long) tổng lượng bốc hơi TB năm chỉ từ 600mm – 872mm, các vùng thấp(phía Nam lưu vực) tổng lượng bốc hơi TB năm xấp xỉ 1193mm – 1512mm. Khi lượng bốc hơi cao thì giải phóng các khí độc và mùi hôi tăng khả năng tự làm sạch cho nguồn nước. Do đó, phía Nam lưu vực cũng có khả năng tự làm sạch cao hơn các vùng khác. 3.1.4 Ảnh hưởng của thủy triều: Thủy triều biển Đông xâm nhập sâu vào đất liền thông qua các cửa sông của lưu vực sông Đồng Nai. Tại Vũng Tàu, dao động mực nước hàng ngày có 2 lần nước lên, 2 lần nước xuống với biên độ không điều nhau. Trước ngày trăng tròn hoặc trăng non khoảng 3 ngày và kéo dài khoảng 5 ngày, độ cao nước lớn thấp hơn độ cao nước lớn cực đại trong vòng nửa tháng 10-15cm. Độ cao nước ròng thấp hơn độ cao nước ròng cực tiểu 30-40cm. Trong dao động này, khi nước lên, khối nước ô nhiễm được