Luận Án Tiến Sỹ Công Nghệ Môi Trường Nước Và Nước Thải 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.pdf

Untitled 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[.]

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

DÒNG CHẢY VÀ BÃI LỌC TRỒNG CÂY

Chuyên ngành Công nghệ môi trường nước và nước thải

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 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Nội dung chính nghiên cứu 4

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 5

7 Những đóng góp mới của luận án 6

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 7

1.1 Chức năng và hiện trạng sử dụng các hồ đô thị 7

1.1.1 Vai trò của các hồ đô thị 7

1.1.2 Hiện trạng sử dụng các hồ đô thị ở Việt Nam 9

1.2 Hiện trạng ô nhiễm tại các hồ đô thị ở Việt Nam 10

1.2.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm hồ đô thị 10

iv 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm các hồ đô thị tại một số thành phố 14

1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm các hồ tại thành phố Hà Nội 15

1.3 Tổng quan các phương pháp kiểm soát chất lượng nước hồ 18

1.3.1 Các giải pháp trên thế giới 18

1.3.2 Các giải pháp ở Việt Nam 23

1.4 Đề xuất nội dung nghiên cứu 30

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 32

2.1 Cơ sở khoa học các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây 32

2.1.1 Khái niệm và phân loại bãi lọc trồng cây 32

2.1.2 Cơ chế các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây 36

2.1.3 Vai trò của vi sinh vật và thực vật trong quá trình xử lý 43

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bãi lọc trồng cây 44

2.3 Động học quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong bãi lọc trồng cây 45

2.4 Cơ sở khoa học của quá trình làm giàu ô-xy cho nước 49

2.4.1 Nguyên lý của quá trình làm thoáng tự nhiên 49

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình làm thoáng 53

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 55

2.5.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động của mẫu định hình dòng chảy 55

2.5.2 Hình thái dòng chảy của mẫu định hình dòng chảy 56

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bổ cập ô-xy của hệ thống định hình dòng chảy 58

v 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 59

2.6.1 Quá trình xử lý các chất hữu cơ 59

2.6.2 Quá trình xử lý các chất dinh dưỡng 60

2.6.3 Ảnh hưởng của DO lên hiệu suất xử lý của bãi lọc trồng cây 60

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 61

2.7 Nhận xét chương 2 62

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 64

3.1 Thiết lập các nghiên cứu thực nghiệm 64

3.2 Nghiên cứu chế tạo mẫu định hình dòng chảy 66

3.2.1 Mục đích nghiên cứu 66

3.2.2 Mô hình và các bước nghiên cứu 66

3.2.3 Lựa chọn mẫu định hình dòng chảy 67

3.2.4 Lựa chọn vật liệu chế tạo mẫu định hình dòng chảy 67

3.2.5 Chế tạo mẫu định hình dòng chảy bằng UHPC 68

3.2.6 Sản phẩm mẫu định hình dòng chảy 69

3.2.7 Nhận xét về mẫu định hình dòng chảy 70

3.3 Nghiên cứu khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước của hệ thống định hình dòng chảy 70

3.3.1 Mục đích nghiên cứu 70

3.3.2 Mô hình thực nghiệm, chế độ vận hành 70

3.3.3 Xác định nồng độ ô-xy hòa tan theo các mức lưu lượng 71

vi 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 72

3.4.1 Mục đích nghiên cứu 72

3.4.2 Lựa chọn đối tượng và địa điểm nghiên cứu 73

3.4.3 Thiết kế mô hình thử nghiệm thực tế 76

3.4.4 Xây dựng, lắp đặt mô hình thí nghiệm 81

3.4.5 Kế hoạch thực nghiệm 85

3.5 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 90

3.5.1 Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường 90

3.5.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 90

3.6 Phương pháp xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm 91

3.6.1 Mô hình của Kadlec và Knight 91

3.6.2 Mô hình của Reed S.C và cộng sự 92

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 94

4.1 Đánh giá khả năng bổ cập ô-xy từ không khí vào nước 94

4.1.1 Sự biến thiên DO qua các bậc của hệ thống ĐHDC 94

4.1.2 Kết luận của thí nghiệm 98

4.2 Vận hành mô hình BLTC và hệ thống ĐHDC 98

4.2.1 Hiệu suất xử lý của mô hình trong giai đoạn 1 - bãi lọc trồng cây không kết hợp hệ thống định hình dòng chảy 99

4.2.2 Hiệu suất xử lý của mô hình trong giai đoạn 2 - bãi lọc trồng cây kết hợp hệ thống định hình dòng chảy 107

4.2.3 So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý nước hồ nhỏ Kim Liên của hai mô hình nghiên cứu 115

vii 4.3 Xác định hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng theo các chế độ vận hành khác nhau 117

4.3.1 Hệ số tốc độ xử lý BOD5 117

4.3.2 Hệ số tốc độ xử lý NH4+ - N 120

4.3.3 Hệ số tốc độ xử lý TN 122

4.3.4 Hệ số tốc độ xử lý PO43-- P 125

4.3.5 Hệ số tốc độ xử lý TSS 127

4.4 Đề xuất ứng dụng kết quả nghiên cứu trong xử lý nước hồ bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt 130

4.4.1 Đánh giá ưu/nhược điểm của hai mô hình nghiên cứu 130

4.4.2 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 140

PHỤ LỤC PL1

viii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Anamox Anaerobic Ammonium Oxydation Ô-xy hóa amoni kỵ khí

BOD Biochemical Oxxygen Demand Nhu cầu ô-xy sinh hóa

DIP Dissolved Inorganic Phosphorus Phốt-pho vô cơ hòa tan

DOC Dissolved Organic Carbon Cacbon hữu cơ hòa tan

DOP Dissolved Organic Phosphorus Phốt-pho hữu cơ hòa tan

HSSF Horizontal Subsurface Flow Dòng chảy ngang ngầm

ix

PIP Particulate Inorganic Phosphorus Phốt-pho vô cơ dạng hạt

POP Particulate Organic Phosphorus Phốt-pho hữu cơ dạng hạt

UHPC Ultra High Performance Concrete Bê tông chất lượng siêu cao

x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng chất bẩn theo đầu người xả vào HTTN đô thị 11

Bảng 1.2 Chất lượng nước hồ đô thị tại một số thành phố 15

Bảng 1.3 Chất lượng nước hồ tại khu vực thành phố Hà Nội 17

Bảng 1.4 Khả năng xử lý chất ô nhiễm của một số loài thực vật thủy sinh 22

Bảng 1.5 Ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý 23

Bảng 2.1 Các cơ chế xử lý trong bãi lọc trồng cây 42

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của mẫu ĐHDC 67

Bảng 3.2 Tỷ lệ phối trộn vật liệu đúc mẫu định hình dòng chảy 69

Bảng 3.3 Thời gian vận hành mô hình theo các mức lưu lượng khác nhau 71

Bảng 3.4 Đặc trưng nước hồ nhỏ Kim Liên 75

Bảng 3.5 Tổng hợp thông số tính toán và thiết kế mô hình thực tế 79

Bảng 3.6 Thông số vận hành mô hình thực nghiệm ở hai giai đoạn 86

Bảng 3.7 Kế hoạch lấy mẫu và phân tích mẫu trong các đợt thí nghiệm 89

Bảng 4.1 Kết quả đo DO với mức lưu lượng Q = 100 ÷ 400 L/h 94

Bảng 4.2 Vị trí lấy mẫu phân tích theo tỷ lệ chiều dài bãi lọc trồng cây 99

Bảng 4.3 Kết quả phân tích chất lượng nước hồ cấp vào mô hình GĐ1 99

Bảng 4.4 Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý GĐ1 101

Bảng 4.5 Kết quả phân tích chất lượng nước hồ cấp vào mô hình GĐ2 107

Bảng 4.6 Kết quả phân tích chất lượng nước hồ sau xử lý của mô hình GĐ2 108 Bảng 4.7 Hệ số tốc độ xử lý BOD5 của bãi lọc trồng cây 118

Bảng 4.8 Hệ số tốc độ xử lý NH4+-N của bãi lọc trồng cây 120

xi

Bảng 4.9 Hệ số tốc độ xử lý TN của bãi lọc trồng cây 123

Bảng 4.10 Hệ số tốc độ xử lý PO43-- P của bãi lọc trồng cây 125

Bảng 4.11 Hệ số tốc độ xử lý TSS của bãi lọc trồng cây 128

Bảng 4.12 Đánh giá ưu, nhược điểm hai mô hình thực nghiệm Error!

Bookmark not defined.

Bảng 4.13 Thông số thiết kế BLCT đối với hồ đô thị chỉ tiếp nhận nước mưa

133

Bảng 4.14 Thông số thiết kế BLTC đối với hồ đô thị tiếp nhận hỗn hợp nước

mưa và nước thải khi có mưa hoặc thường xuyên tiếp nhận nước thải trực tiếp

134

xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ chu trình chuyển hóa ni-tơ trong hồ đô thị 13

Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa phốt-pho trong nước 14

Hình 1.3 Tỷ lệ phân bố theo diện tích các hồ Thành phố Hà Nội 16

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền công nghệ hệ thống hồ sinh học kết hợp bãi lọc trồng cây xử lý nước thải tại Công ty Fomosa Hà Tĩnh 25

Hình 1.5 Sơ đồ đập khuyếch tán ô-xy cho nước thải sau xử lý 29

Hình 1.6 Hệ thống đập tràn được bố trí sau hồ kị khí và hồ sinh học 29

Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc luận án 31

Hình 2.2 Bãi lọc trồng cây có dòng chảy bề mặt 33

Hình 2.3 Bãi lọc trồng cây dòng chảy đứng 34

Hình 2.4 Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm - ngang 35

Hình 2.5 Cơ chế xử lý chất hữu cơ trong bãi lọc trồng cây 37

Hình 2.6 Cơ chế xử lý Ni-tơ trong bãi lọc trồng cây 38

Hình 2.7 Cơ chế xử lý Phốt-pho trong bãi lọc trồng cây 40

Hình 2.8 Cơ chế xử lý chất rắn lơ lửng trong bãi lọc trồng cây 41

Hình 2.9 Cơ chế làm thoáng nhờ máng tràn 50

Hình 2.10 Sơ đồ khuyếch tán ô-xy qua đập tràn 52

Hình 2.11 Mẫu định hình dòng chảy 56

Hình 2.12 Mẫu định hình dòng chảy có dòng chảy đối xứng (trái) và dòng chảy không đối xứng (phải) 57

Hình 2.13 Các dạng hình thái dòng chảy 58

Hình 2.14 Hình thái dòng chảy dạng số “8” trong hệ thống ĐHDC 58

Hình 3.1 Các nghiên cứu thực nghiệm 65

xiii Hình 3.2 Mẫu ĐHDC được chọn 67

Hình 3.3 Hệ thống các mẫu ĐHDC 67

Hình 3.4 Bề mặt của mẫu ĐHDC khi chưa sử dụng và sau 2 năm sử dụng 68

Hình 3.5 Nguyên liệu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) 69

Hình 3.6 Sản phẩm mẫu định hình dòng chảy 70

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống mẫu ĐHDC thực tế 71

Hình 3.8 Cống dẫn nước từ hồ nhỏ Kim Liên sang hồ lớn Kim Liên 73

Hình 3.9 Vị trí lấy mẫu tại hồ nhỏ Kim Liên 74

Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống xử lý nước hồ nhỏ Kim Liên 77

Hình 3.11 Hệ thống định hình dòng chảy 82

Hình 3.12 Cấu tạo bình ổn định 82

Hình 3.15 Giếng cấp nước vào (a) và thu nước ra (b) của BLTC 83

Hình 3.16 Vật liệu lọc sử dụng cho bãi lọc trồng cây 84

Hình 3.17 Cây thủy trúc trong mô hình thực tế 85

Hình 3.18 Các chế độ vận hành mô hình 86

Hình 3.19 Sơ đồ vận hành giai đoạn 1 - không kết hợp hệ thống ĐHDC 87

Hình 3.20 Sơ đồ vận hành giai đoạn 2 - kết hợp hệ thống ĐHDC 88

Hình 3.21 Sơ đồ vị trí lấy mẫu và đo DO theo chiều dài bãi lọc trồng cây 89

Hình 4.1 Diễn biến DO qua các bậc ĐHDC theo các mức lưu lượng 95

Hình 4.2 Giá trị DO tại bậc thứ 8 theo các mức lưu lượng 96

Hình 4.3 Diễn biến chỉ tiêu chất lượng nước theo chiều dài bãi lọc GĐ1 102

Hình 4.4 Diễn biến chỉ tiêu chất lượng nước theo chiều dài bãi lọc GĐ2 110

Hình 4.5 Hiệu suất xử lý của hai mô hình GĐ1 và GĐ2 116

xiv Hình 4.6 Động học xử lý BOD5 theo các chế độ vận hành 119

Hình 4.7 Động học xử lý NH4+-N theo các chế độ vận hành 122

Hình 4.8 Động học xử lý TN theo các chế độ vận hành 124

Hình 4.9 Động học xử lý PO43-- P theo các chế độ vận hành 126

Hình 4.10 Động học xử lý TSS theo các chế độ vận hành 129

Hình 4.11 Sơ đồ công nghệ áp dụng cho các hồ đô thị thuộc Nhóm 1 132

Hình 4.12a Sơ đồ công nghệ áp dụng chung cho các hồ đô thị thuộc Nhóm 2 và 3 134

Hình 4.12b Sơ đồ công nghệ áp dụng khi chênh lệch cao độ đầu ra của BLTC và mực nước trong hồ đủ lớn 134

1

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong quy hoạch đô thị, mặt nước là một trong những yếu tố cơ bản để tổ chức

về mặt không gian và cảnh quan đô thị Hồ đô thị tự nhiên hay nhân tạo thường thực

hiện nhiều chức năng như: tạo cảnh quan, cải thiện môi trường sống cho đô thị; điều

hòa không khí khu vực; kiểm soát úng ngập; bảo tồn và phát triển các giá trị văn hóa,

lịch sử; phục vụ nhu cầu vui chơi, giải trí, thể thao, du lịch; phát triển kinh tế

Việt Nam là một trong những nước đang phát triển với quá trình công nghiệp

hóa mạnh mẽ cùng với quá trình đô thị hóa với tốc độ ngày càng tăng Bên cạnh

những mặt tích cực, sự phát triển này đang gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến đời

sống con người, đặc biệt là ô nhiễm môi trường Một trong những ảnh hưởng dễ thấy

nhất và nghiêm trọng nhất tại các đô thị là ô nhiễm nguồn nước mặt và các thủy vực

Nước thải là nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước hồ đô thị với

mức độ ô nhiễm ngày càng gia tăng Tình trạng ô nhiễm nước rõ ràng nhất là ở các

đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương và các

thành phố, thị xã lớn khác Hiện nay, tại hầu hết các đô thị ở Việt Nam, hệ thống thu

gom và xử lý nước thải tập trung vẫn còn rất hạn chế nên nước thải thường xả trực

tiếp ra sông, hồ gây nên tình trạng ô nhiễm nặng nề cho các thủy vực này Phần

lớn các thông số đặc trưng để đánh giá chất lượng nước mặt như BOD5, COD, NH4+,

PO43-, ô-xy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO) đều vượt ngưỡng cho phép hoặc

không đạt giá trị yêu cầu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1

Trong thời gian qua, dưới áp lực từ quá trình đô thị hóa, diện tích lòng hồ của

hệ thống hồ đô thị ở Hà Nội bị thu hẹp nhiều Mặt khác do hệ thống thu gom và xử

lý nước thải còn thiếu và chưa hợp lý khiến tải lượng chất gây ô nhiễm xả xuống hồ

tăng nhanh gây ô nhiễm nước hồ [28] Kết quả phân tích chất lượng nước của 86 hồ

nội thành cho thấy hầu hết các hồ này đều trong tình trạng ô nhiễm hữu cơ, nước có

mầu đen hoặc xanh đậm, có mùi hôi khó chịu [9] Chỉ có 05/86 hồ nội thành có hàm

lượng chất hữu cơ trong nước (COD, BOD5) nằm trong ngưỡng cho phép (hồ Công

2

viên Cầu Giấy, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh, hồ Thanh Nhàn 1, hồ Trung Tự), mặc dù

vậy nước tại các hồ này lại có hàm lượng amoni (NH4+) hoặc phốt phát (PO43-) vượt

ngưỡng tối đa cho phép so với quy chuẩn quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT Kết

quả phân tích nước của 44 hồ ngoại thành đã xử lý lần đầu, trước xử lý hầu hết các

hồ này trong tình trạng ô nhiễm hữu cơ, nước có màu đen hoặc xanh đậm, có mùi hôi

khó chịu [9] Giá trị COD đối với các hồ ngoại thành dao động từ 48 mg/L đến 156

mg/L, cao gấp khoảng 1,5÷5 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước mặt tại các hồ đô thị, bên cạnh các giải pháp

truyền thống, lâu dài đòi hỏi đầu tư nhiều như xây dựng hệ thống thu gom và xử lý

nước thải để đảm bảo nước sau xử lý đạt yêu cầu trước khi xả thải, việc nghiên cứu,

phát triển và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật với chi phí thấp, thân thiện với môi

trường, phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam cũng trở nên cấp thiết

Giải pháp xử lý ô nhiễm nước hồ đô thị trong điều kiện tự nhiên như bãi lọc

trồng cây (BLTC) rất có tiềm năng đối với khí hậu nhiệt đới Việc tiêu tốn ít năng

lượng, không cần hóa chất cho thấy giải pháp này rất khả thi trong điều kiện Việt

Nam Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn nhất của giải pháp trên là nồng độ DO

trong các BLTC thường ở mức rất thấp dẫn đến hiệu quả xử lý nitơ thấp Để khắc

phục hạn chế này, cần có biện pháp tăng cường nồng độ DO trong BLTC Làm thoáng

tự nhiên để tăng cường DO cho nước bằng phương pháp truyền thống sử dụng các

công trình dạng đập tràn hay thác tràn với nhiều bậc có ưu điểm là chi phí thấp và dễ

ứng dụng trong thực tế

Một trong những phương pháp làm thoáng tự nhiên nhận được nhiều sự quan

tâm trên thế giới gần đây là sử dụng các mẫu định hình dòng chảy (ĐHDC) bố trí

dạng thác (flowforms cascade - FC) Ngoài những ưu điểm vốn có của phương pháp

làm thoáng tự nhiên truyền thống như nêu trên, phương pháp thác ĐHDC thường có

hiệu quả bổ cập ô-xy cao hơn Mặt khác, các mẫu ĐHDC thường được chế tạo với

các hình dạng mang tính nghệ thuật nên còn có thể góp phần trang trí cảnh quan cho

nơi áp dụng Mặc dù có ưu điểm như vây, nhưng hiện vẫn còn rất ít các nghiên cứu

về ứng dụng mẫu ĐHDC để xử lý nước bị ô nhiễm tại Việt Nam Năm 2016, nghiên

3

cứu đầu tiên về ứng dụng mẫu ĐHDC trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước hồ tại

bãi chôn lấp bị ô nhiễm bởi nước rỉ rác (kết hợp hệ thống ĐHDC với BLTC) đã được

thực hiện Tuy nhiên, đây mới là thử nghiệm bước đầu về khả năng ứng dụng của các

quá trình này này đối với nước hồ bị ô nhiễm bởi nước rỉ rác Do đó, cần có thêm

nghiên cứu với quy mô lớn hơn và chuyên sâu hơn về để đánh giá khả xử lý, từ đó đề

xuất ứng dụng giải pháp kết hợp hệ thống ĐHDC với BLTC đối với các đối tượng

khác trong thực tế

Hiện nay, bờ các hồ đô thị thường được gia cố bằng ta-luy với 1 đến 2 cấp, được

xây dựng bằng đá hộc hoặc bê-tông Cách làm này mặc dù duy trì ổn định được bờ

hồ, nhưng lại làm giảm đi vẻ đẹp cũng như ảnh hưởng đến hệ sinh thái của hồ Khi

bố trí BLTC dọc theo viền bờ hồ, các bờ dốc, kè hồ có thể được tận dụng để đặt hệ

thống làm thoáng giúp tăng cường DO trong nước Việc kết hợp như vậy có thể tạo

được một hệ thống vừa có thể xử lý ô nhiễm và nâng cải thiện chất lượng nước hồ

đồng thời góp phần cải tạo cảnh quan của bờ hồ

Với mong muốn cung cấp thêm cơ sở khoa học để đánh giá hiệu quả và đề xuất

giải pháp kỹ thuật đơn giản, thân thiện với môi trường, phù hợp với điều kiện khí hậu

cũng như thực tế các hồ đô thị của Việt Nam, tác giả thực hiện 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”

2 Mục đích nghiên cứu

(1) Chế tạo mẫu ĐHDC; đánh giá hiệu quả làm thoáng của hệ thống ĐHDC với

mẫu ĐHDC được chế tạo;

(2) 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 bởi NTSH;

(3) Lựa chọn mô hình động học phù hợp cho quá trình xử lý bằng hệ thống

BLTC kết hợp mẫu ĐHDC trong điều kiện thực tế của mô hình thực nghiệm Xác

định hệ số tốc độ xử lý một số chất ô nhiễm chính: BOD5, NH4+-N, TSS, TN, PO43-

-P trong điều kiện thực tế

4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH và có hàm lượng

ô-xy hòa tan thấp

Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng mô hình thực nghiệm tại hiện trường để nghiên

cứu khả năng làm thoáng của hệ thống ĐHDC và khả năng xử lý nước hồ đô thị bị ô

nhiễm bởi NTSH bằng giải pháp kết hợp BLTC và hệ thống ĐHDC Hồ nhỏ Kim

Liên tại TP Hà Nội là trường hợp điển hình của hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH nên

được chọn làm địa điểm để tiến hành thực nghiệm tại hiện trường

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng quan tài liệu: kế thừa và tổng hợp các tài liệu sẵn có trên

Thế giới và ở Việt Nam, phương pháp này được sử dụng đầu tiên khi bắt đầu tiếp cận

đề tài nghiên cứu Dựa trên những thông tin và tư liệu sẵn có để xây dựng và phát

triển thành cơ sở dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu của NCS

- Phương pháp khảo sát thực địa: đi thực địa, điều tra, khảo sát thực tế để tìm

hồ đô thị phù hợp với mục đích của nghiên cứu và vị trí lấy mẫu tại hồ đô thị bị ô

nhiễm để ứng dụng và vận hành mô hình nghiên cứu trong điều kiện thực tế

- Phương pháp thực nghiệm bằng mô hình: nghiên cứu xây dựng, triển khai lắp

đặt mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và thực tế Tiến hành nghiên cứu các

thông số vận hành và thử nghiệm mô hình với đối tượng cần xử lý, lựa chọn các chỉ

tiêu cần nghiên cứu, lấy mẫu, phân tích mẫu

- Phương pháp xử lý, phân tích, tổng hợp và so sánh số liệu nghiên cứu: các

phương pháp sử dụng để phân tích các chỉ tiêu gây ô nhiễm nước theo đúng tiêu chuẩn

yêu cầu hiện hành Áp dụng phương pháp so sánh để so sánh các kết quả nghiên cứu

- Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến chuyên gia thông qua trao đổi trực tiếp,

các buổi seminar, nhận xét phản biện của các chuyên gia để hoàn thiện nghiên cứu

5 Nội dung chính nghiên cứu

5

(1) Nghiên cứu hiện trạng nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH trên địa bàn TP

Hà Nội;

(2) Nghiên cứu chế tạo mẫu ĐHDC bằng vật liệu phù hợp;

(3) Đánh giá khả năng bổ cập ô-xy của hệ thống làm thoáng tự nhiên với mẫu

ĐHDC bằng nghiên cứu thực nghiệm;

(4) Bằng nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường, đánh giá, so sánh hiệu quả

xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH bằng

BLTC khi không kết hợp và khi kết hợp với hệ thống làm thoáng bằng mẫu ĐHDC

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học:

- Nội dung luận án đã tổng quan được nguồn phát sinh ô nhiễm, chất lượng nước

hồ đô thị và các phương pháp xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH;

- Đánh giá được hiệu quả làm thoáng và xác định được số bậc tối ưu của hệ

thống làm thoáng bằng mẫu ĐHDC đối với nước hồ đô thị bị ô nhiễm bởi NTSH;

- Đánh giá được hiệu quả xử lý nước hồ đô thị bị ô nhễm bởi NTSH bằng BLTC

khi không kết hợp và khi kết hợp với hệ thống làm thoáng;

- 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 ô nhiễm đặc trưng

- Xác định được hệ số tốc độ chuyển hóa một số chất ô nhiễm: BOD5, NH4+-N,

TSS, TN, PO43--P đặc trưng trong BLTC khi kết hợp và không kết hợp với hệ thống

ĐHDC trong điều kiện thực tế

Ý nghĩa thực tiễn:

- Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy hệ thống làm thoáng bằng mẫu ĐHDC

có khả năng bổ cập ô-xy cho nước cao và có thể được ứng dụng vào hệ thống xử lý

nước trong thực tế;

- Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện

và nâng cao khả năng ứng dụng BLTC trong xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm Đây là

giải pháp có hiệu quả xử lý cao, chất lượng nước sau xử lý có thể đạt yêu cầu tại cột

B, QCVN 14:2008/BTNMT So sánh với QCVN 14:2008/BTNMT, trừ chỉ tiêu NH4+

6

- N, các chỉ tiêu đặc trưng khác đều đáp ứng yêu cầu tại cột B1 Mặt khác, kết hợp

BLTC với hệ thống ĐHDC là một giải pháp tiết kiệm chi phí xử lý so với các giải

pháp truyền thống, thân thiện môi trường và có thể góp phần tạo cảnh quan cho khu

vực quanh bờ hồ

- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể là nguồn tài liệu tham khảo cho các nhà

nghiên cứu cũng như cung cấp thêm lựa chọn cho các nhà quản lý trong xử lý ô nhiễm

các hồ đô thị

7 Những đóng góp mới của luận án

(1) Luận án đã xác định được mức độ cải thiện của hàm lượng ô-xy hòa tan

(DO) thông qua hệ thống ĐHDC Hàm lượng DO có thể tăng lên tới 5,6 mg/L đối với

đối tượng nước hồ được nghiên cứu;

(2) Luận án đã khẳng định được rằng hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm của BLTC

dòng chảy ngầm - ngang (HSF) được tăng cường đáng kể khi nước hồ được làm

thoáng bằng hệ thống ĐHDC;

(3) Luận án đã xác định được hệ số tốc độ xử lý các chất ô nhiễm: BOD5, TSS,

NH4+-N, TN, PO43--P của mô hình kết hợp hệ thống ĐHDC và BLTC dòng chảy

ngầm - ngang trong xử lý nước hồ đô thị bị ô nhiễm

7

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

a Khái niệm và phân loại hồ đô thị

Khái niệm hồ đô thị: là những hồ nằm trong khu vực đô thị có nguồn gốc tự

nhiên hoặc nhân tạo Sự hình thành các hồ đô thị thường gắn liền với chức năng cụ

thể của từng đô thị

Như vậy, hồ ao nói chung và hồ đô thị nói riêng là một loại hình đất ngập nước

(wetland), có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo Hồ tự nhiên được hình thành do sự

vận động của vỏ trái đất tạo nên những vùng trũng chứa nước hoặc do các đoạn sông

thay đổi hướng dòng chảy và bị lấp lại, Hình dạng, độ sâu của loại hồ phụ thuộc

vào điều kiện địa chất và sự hình thành hồ Hồ nhân tạo do con người đào hoặc xây

dựng đê đập chắn giữ nước để dùng cho các hoạt động kinh tế xã hội hoặc để điều

tiết nước mưa, làm nơi vui chơi giải trí

Phần lớn các đô thị nằm ở vùng địa hình thấp nên kênh hồ nội thành đóng vai

trò quan trọng trong việc tiêu thoát, điều hòa nước mưa và tiếp nhận nước thải Hồ

đô thị có thể phân thành các nhóm sau [20]:

- Nhóm 1: Các hồ có ý nghĩa văn hóa, tâm linh và cảnh quan du lịch;

- Nhóm 2: Các hồ có ý nghĩa kinh tế đô thị, điều tiết lũ lụt và nước mưa

Các loại hồ nhóm 1:

Trong hệ thống các hồ ở Hà Nội, hồ Hoàn Kiếm và hồ Tây có ý nghĩa quan

trọng về mặt lịch sử, tâm linh của thành phố Hồ đóng vai trò như là công trình kiến

trúc, hình thái thay đổi để tạo cảnh quan cho hồ và các vùng xung quanh Hồ luôn

duy trì mực nước đảm bảo khai thác tốt nhất cho các hoạt động văn hóa và thể thao

Hồ cũng có tham gia điều tiết nước mưa nhưng khả năng hạn chế do thể tích nhỏ

8

Các loại hồ nhóm 2:

Các đô thị nước ta phần lớn được xây dựng ở những vùng đất thấp nên trong đô

thị thường hình thành các kênh hồ để điều hòa, tiêu thoát nước mưa và tạo cảnh quan

sinh thái đô thị Tổ chức hệ thống thoát nước (HTTN) đô thị được thiết lập dựa vào

cao độ, độ dốc địa hình, đặc điểm hệ thống kênh mương hồ đô thị, loại và mực nước

trong nguồn tiếp nhận nước mưa và nước thải Mặt khác, hồ đô thị còn có thể được

sử dụng cho mục đích vui chơi, du lịch, giải trí cũng như bảo tồn và phát huy các giá

trị về lịch sử, tâm linh, góp phần vào nền kinh tế đô thị

b Chức năng và vai trò của hồ đô thị

Thông thường hồ có thể đảm nhiệm nhiều chức năng cùng một lúc nhưng có vai

trò và thứ tự ưu tiên cho các chức năng khác nhau phụ thuộc vào vị trí, điều kiện tự

nhiên, đặc điểm kinh tế - xã hội và định hướng phát triển đô thị Tổng quan chung có

4 chức năng và vai trò của hồ đô thị như sau:

Tạo cảnh quan và điều hòa khí hậu:

Bên cạnh vai trò cải thiện môi trường, hồ đô thị còn có vai trò điều hòa khí hậu,

tạo thẩm mỹ Ngoài ra, hồ còn tạo nên không gian mở, là nơi nghỉ ngơi vui chơi giải

trí, giao tiếp, sinh hoạt công cộng của đô thị Ngày nay, các đô thị hiện đại thường

không thể thiếu mặt nước, trong đó có các hồ, đầm

Điều tiết nước mưa:

Đây là chức năng cơ bản của hồ vì hồ là vùng đất trũng nên có chức năng tự nhiên

là chứa nước mưa Tuy nhiên với chức năng này, hồ chỉ có ý nghĩa khi được kết nối

với HTTN hợp lý, đồng thời được nạo vét bùn cặn thường xuyên

Tiếp nhận và xử lý nước thải:

Đối với những hồ có chức năng tiếp nhận nước thải đô thị thì hồ còn là nơi xử

lý chất ô nhiễm do trong hồ có sẵn các vi khuẩn, tảo, các loài thực vật hấp thụ và

chuyển hóa các chất ô nhiễm Tuy nhiên chức năng này còn tùy thuộc vào diện tích,

dung tích chứa nước của hồ và lượng chất thải đi vào hồ

Nuôi cá:

Hồ là một thủy vực có chế độ dòng chảy tĩnh, thuận lợi cho thủy sinh vật phát

triển và đem lại hiệu quả kinh tế cao Tiềm năng này phụ thuộc nhiều vào chất lượng

9

nước hồ, đặc biệt là hàm lượng ô-xy, chất dinh dưỡng, chất hữu cơ trong nước hồ

Như vậy, các chức năng và vai trò của hồ đô thị luôn có mối quan hệ mật thiết

với nhau Nếu được quản lý tốt, chất lượng nước luôn đạt tiêu chuẩn cho phép thì khi

liên kết với HTTN đô thị, hồ đô thị sẽ phát huy được chức năng và vai trò sẽ được

nâng cao Các chức năng này có thể tổ hợp với nhau phụ thuộc vào điều kiện địa lý

và sinh thái trong vùng cũng như vị trí của hồ đó trong mỗi đô thị [17]

1.1.2 Hiện trạng sử dụng các hồ đô thị ở Việt Nam

Theo kết quả nghiên cứu và khảo sát 636 hồ nằm trong khu vực đô thị thuộc 46

tỉnh, thành trong cả nước [32], TP Hà Nội có số hồ đô thị nhiều nhất: 122 hồ, với

tổng diện tích mặt nước khoảng 10,74 km2, TP Hải Dương: 55 hồ, với tổng diện tích

hồ 2,52 km2; TP Đà Nẵng: 27 hồ đô thị, TP Việt Trì: 9 hồ Các hồ thuộc khu vực đô

thị thường được sử dụng vào những mục đích sau:

a Sử dụng hồ trong điều tiết nước mưa, tiếp nhận nước thải

Hầu hết hiện nay các hồ đô thị trong cả nước được sử dụng với chức năng điều

tiết nước mưa cho các khu vực xung quanh hồ, có khoảng 598/636 hồ (chiếm 94 %)

Ngoài mục đích sử dụng là điều tiết nước mưa, hồ đô thị ngày nay còn phải tiếp nhận

thêm NTSH của cư dân sống xung quanh khu vực hồ Qua khảo sát [32], cho thấy có

353/636 hồ đô thị (chiếm 55,5%) sử dụng chức năng tổng hợp này Đây là chức năng

chính của hồ đô thị hiện nay, khi mà hầu hết hệ thống thoát nước mưa và nước thải

còn chưa tách riêng nước thải để xử lý, NTSH chưa được xử lý xả vào hồ Tại TP

Hà Nội, số hồ đô thị được sử dụng với mục đích vừa điều tiết nước mưa vừa tiếp nhận

nước thải là 105/122 hồ (chiếm 86%) [5]

b Sử dụng hồ tạo cảnh quan sinh thái

Bên cạnh vai trò là điều tiết nước mưa, tiếp nhận nước thải, hồ còn có vai trò

quan trọng để cải thiện cảnh quan sinh thái và môi trường góp phần cải thiện khí hậu

cho khu vực xung quanh Có 47/636 hồ đô thị (chiếm 7,45 %) có chức năng riêng về

cảnh quan sinh thái [32] Tại TP Hà Nội, số hồ đô thị được sử dụng với mục đích tạo

cảnh quan sinh thái là 14/122 hồ (chiếm 11,5 %)

10

c Sử dụng hồ phục vụ cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu (hồ thủy lợi)

Với mục đích sử dụng hồ để cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu cùng với đặc điểm

các hồ thủy lợi thường được bố trí ở phía đầu nguồn nước và được hình thành từ việc

đắp đập

d Sử dụng để bảo tồn giá trị di tích lịch sử, tâm linh

Trong các đô thị, để gắn liền với lịch sử phát triển đô thị của mình, mỗi đô thị

có những hồ mang chức năng bảo tồn giá trị di tích lịch sử gắn liền với truyền thuyết

lịch sử xây dựng, phát triển đô thị Mặt khác, cũng có một số hồ nằm trong khu di

tích lịch sử, tâm linh, ví dụ như hồ Hoàn Kiếm, Hồ Tây, Hồ Đài tưởng niệm ở Hà

Nội; Ao cá Bác Hồ (Lai Châu); Hồ Chùa Bầu (Hà Nam),… Trong tổng số 636 hồ

được khảo sát thì có 16 hồ (chiếm 2,5 %) hồ gắn liền với di tích lịch sử, tâm linh Tại

TP Hà Nội, số hồ đô thị được sử dụng với chức năng bảo tồn giá trị di tích lịch sử,

tâm linh có 08/122 hồ (chiếm 6,55 %)

e Sử dụng để nuôi cá

Với những hồ đô thị được sử dụng làm chức năng nuôi cá, thực chất các hồ này

sẽ có cùng chức năng để điều tiết nước mưa Trong tổng số 636 hồ được khảo sát thì

có 27 hồ (chiếm 4,25 %) sử dụng để nuôi cá Thường những hồ này thuộc vùng ven

đô thị, có tính chất là hồ tự nhiên, ít phải chịu sự tác động của con người như kè bờ,

kinh doanh và du lịch,…

f Sử dụng để chứa nước thải

Hiện nay vẫn còn khoảng 12/636 hồ khảo sát được sử dụng với mục đích chứa

nước thải (chiếm 1,87%) Các hồ có mục đích sử dụng này thường nằm ven đô, cách

xa trung tâm thành phố, là các hồ tự nhiên và chứa nước thải từ hoạt động chăn nuôi

TP Hà Nội không có hồ nào được sử dụng để chứa nước thải

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

a Nước thải và rác thải đô thị

Nguồn nước thải và rác thải đô thị là một trong những nguyên nhân chính gây

11

ô nhiễm hồ đô thị Các khu dân cư sống xung quanh hồ hầu hết chưa có hệ thống thu

gom nước thải và xả trực tiếp vào hồ dẫn đến hồ bị ô nhiễm Tại TP Hà Nội, tỷ lệ

bao phủ mạng lưới thoát nước, thu gom XLNT đạt 65% [23] Lượng rác thải đô thị

phát sinh khoảng 6.500 tấn/ngày, nhưng khối lượng được thu gom và xử lý khoảng

85% [8] Vì vậy lượng nước thải và rác thải không được thu gom và xử lý sẽ xả thải

vào các khu đất ven hồ, kênh mương gây tình trạng ô nhiễm các nguồn nước mặt

Nước thải của các hộ gia đình và hàng quán đổ thẳng ra hồ làm cho lượng phốt-pho

và ni-tơ trong các ao hồ tăng mạnh gây ra hiện tượng phú dưỡng của các loài thực vật

nổi và tảo Khi tảo chết đi sẽ tích tụ lại dưới đáy ao hồ làm giảm thể tích hồ Quá trình

phân hủy tảo dưới đáy hồ cần một lượng lớn ô-xy trong nước, do đó sẽ làm giảm

lượng ô-xy hòa tan trong nước hồ, gây ảnh hưởng đến môi trường sống các loài động

vật thủy sinh Ngoài ra, xác tảo chết dưới đáy hồ còn tạo ra khí có mùi hôi thối, làm

ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống của người dân sống quanh hồ Lượng chất bẩn

của một người trong một ngày xả vào HTTN đô thị được thể hiện trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Lượng chất bẩn theo đầu người xả vào HTTN đô thị [20]

2 BOD5 của nước thải chưa lắng 65

3 BOD5 của nước thải đã lắng 30 ÷ 35

Việc lấn chiếm hồ để xây dựng làm cho diện tích mặt hồ bị thu hẹp, cùng với

rác thải xả xuống hồ đã làm cho độ sâu của hồ giảm đi dẫn đến thể tích chứa nước

của hồ ngày càng giảm, khả năng điều tiết kém đi và nồng độ các chất gây ô nhiễm

ngày càng tăng cao Thực trạng này vừa gây ô nhiễm hồ, vừa dần biến hồ thành ao

tù, nước đọng, là nguồn phát sinh nhiều dịch bệnh Hiện tượng đổ phế thải xây dựng,

đổ đất, lấn chiếm hồ cũng làm giảm đáng kể diện tích, thậm chí nhiều hồ đang có

nguy cơ biến mất

12

b Nước mưa và nước bề mặt đô thị

Nước mưa từ các khu dân cư, đô thị và khu công nghiệp cuốn trôi các chất bẩn

bề mặt chảy vào hồ gây nhiễm bẩn thủy vực Hàm lượng các chất bẩn trong nước

mưa phụ thuộc vào các yếu tố: tình trạng vệ sinh và đặc điểm mặt phủ, độ dốc địa

hình, mức độ ô nhiễm môi trường không khí khu vực, cường độ mưa, thời gian mưa,

không mưa, Lượng chất bẩn (chất không hòa tan) tích tụ lại trong một hecta mặt

phủ được xác định theo công thức sau đây [20]:

M = M!"#(1 − e$%,'), kg/ha (1.1) Trong đó:

- Mmax: Lượng chất bẩn tích tụ lớn nhất sau thời gian không có mưa, kg/ha;

- T: Thời gian, ngày;

- Kz: Hệ số động học tích lũy chất bẩn, phụ thuộc vào cấp đô thị, có thể chọn từ

0,2 đến 0,5 ngày-1 (giá trị lớn khi đô thị cấp cao và ngược lại)

Giá trị Mmax phụ thuộc vào cấp đô thị và được lấy như sau:

- Đối với vùng đô thị có điều kiện sinh hoạt cao, mật độ giao thông thấp,

Mmax = 10 ÷ 20;

- Đối với vùng trung tâm hành chính, thương mại, Mmax = 100 ÷140;

- Đối với khu công nghiệp và nơi có mật độ giao thông lớn, Mmax = 200 ÷ 250

Nước mưa mang theo nhiều chất độc hại vào môi trường tiếp nhận như các kim

loại nặng, các chất hữu cơ,… với hàm lượng BOD5 từ 10 đến 80 mg/L, COD từ 60

đến 210 mg/L Mặt khác, nước mưa cũng là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng ni-tơ

và phốt pho cho các thủy vực Hàm lượng ni-tơ và phốt pho phụ thuộc vào lưu vực

thoát nước, đặc điểm mặt phủ

c Các quá trình nội sinh trong hồ

Nguyên nhân gây ô nhiễm các hồ còn do trong quá trình chuyển hoá chất bẩn

và tiếp nhận các nguồn thải, khiến lòng hồ có lớp bùn đáy dày lên, làm giảm khả năng

đối lưu, tự làm sạch trong hồ, dẫn đến lượng DO giảm Khi lớp đáy hồ không có

13

xy, các VSV hiếu khí không sống được, do đó không có nguồn tiêu thụ lớp bùn đáy

khiến lớp bùn ngày càng dầy lên và hình thành lớp trầm tích ở đáy hồ Lớp trầm tích

trong hồ được coi là bể chứa của các chất dinh dưỡng, vì vậy, ngay cả một sự thay

đổi nhỏ của trầm tích hồ chứa cũng gây tác động đáng kể đến chất lượng nước hồ

Các chất dinh dưỡng tích tụ trong trầm tích như ni-tơ và phốt pho được giải phóng từ

lớp trầm tích và trở lại lớp nước bên trên thông qua dòng nước do quá trình đối lưu,

khuếch tán và tái lắng đọng, do đó gây ô nhiễm thứ cấp cho lớp nước bên trên, đây

chính là quá trình ô nhiễm nội sinh trong hồ

Hợp chất ni-tơ trong nước thải sinh hoạt ban đầu ở dạng N hữu cơ và NH4+-N

được đưa vào hồ N hữu cơ có trong phân hoặc các chất hữu cơ khác chuyển hóa

thành NH3 và NH4+-N nhờ hoạt động của các vi khuẩn amôni hóa trong điều kiện kị

khí của hồ NH3 hình thành có thể bay hơi vào không khí và tốc độ bay hơi phụ thuộc

vào pH, nhiệt độ, điều kiện khuấy trộn, diện tích bề mặt hồ Sơ đồ chuyển hóa ni-tơ

trong hồ đô thị được trình bày trong Hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ chu trình chuyển hóa ni-tơ trong hồ đô thị [20]

14

Hợp chất phốt pho trong NTSH tồn tại chủ yếu ở dạng P-hữu cơ và dạng PO4 .

Khi nước thải xả vào hồ, phốt pho được luân chuyển giữa các động vật khi chúng tiêu

thụ thực vật và tảo Động vật thải phốt pho thông qua phân và nước tiểu Xác chết

của động vật, thực vật lại được phân hủy bởi các vi khuẩn Chỉ khoảng 10% phốt phát

hòa tan trong nước được hấp thụ bởi sinh vật phù du và phần còn lại nhanh chóng bị

lắng đọng xuống đáy hồ và chuyển thành dạng hợp chất không tan [55] Do đó, đáy

hồ trở thành nơi lắng đọng phốtpho Sơ đồ chuyển hóa phốt-pho trong nước được

trình bày trong Hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa phốt-pho trong nước [20]

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm các hồ đô thị tại một số thành phố

Cùng với sự nỗ lực cải tạo, chất lượng nước tại các hồ đô thị của một số thành

phố lớn đã có chuyển biến tích cực Tuy nhiên, ô nhiễm nước mặt tại các hồ đô thị

vẫn đang là vấn đề nổi cộm tại hầu hết các tỉnh, thành phố Phần lớn thông số đặc

trưng cho ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng đều vượt mức B1 theo

QCVN08-MT:2015/BTNMT Nguyên nhân chủ yếu là do các hồ tại đô thị phải tiếp nhận NTSH

đô thị, nước thải từ một số cơ sở sản xuất trong nội đô,… chưa được xử lý hoặc xử lý

chưa đạt yêu cầu

Hai đô thị đặc biệt là TP Hà Nội và Hồ Chí Minh có mức độ ô nhiễm hồ trong

15

nội thành nghiêm trọng nhất Đối với các hồ ở khu vực nội thành, chức năng chủ yếu

là điều tiết nước, XLNT và tạo cảnh quan đô thị Tuy nhiên, do các hoạt động phát

triển đô thị và ô nhiễm kéo dài, một số hồ bị thu hẹp, lấn chiếm, bồi lắng, ảnh hưởng

đến khả năng tiêu thoát nước và XLNT Các khu dân cư xung quanh hồ chưa có hệ

thống thu gom nước thải và xả trực tiếp vào hồ Tại nhiều đô thị, hồ đã trở thành nơi

chứa nước thải, dòng nước không có sự lưu thông Phần lớn các hồ ở các cấp loại đô

thị đều bị ô nhiễm chất hữu cơ và chất dinh dưỡng ở các mức độ khác nhau

Ô nhiễm nước hồ xảy ra không chỉ ở các thành phố lớn (loại đặc biệt, loại I) mà

tại các đô thị nhỏ hơn (cấp II, cấp III), đây cũng đang là vấn đề nổi cộm ở nhiều địa

phương [6] Hiện trạng chất lượng nước hồ đô thị tại một số thành phố trong cả nước

được thể hiện trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Chất lượng nước hồ đô thị tại một số thành phố

(mg/L)

COD (mg/L)

NH 4 + N(mg/L)

-PO 4

khảo sát

1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm các hồ tại thành phố Hà Nội

Hệ thống hồ ở Hà Nội đóng vai trò quan trọng trong đời sống cộng đồng với

nhiều giá trị: điều hòa môi trường, giải trí, văn hóa và du lịch, đặc biệt là một phần

không thể tách rời trong hệ thống sinh thái cảnh quan của Thủ đô Hà Nội, Tuy

nhiên, áp lực của quá trình đô thị hóa, hệ thống thu gom nước thải không hợp lý,

khiến tải lượng chất gây ô nhiễm xả xuống hồ tăng nhanh, gây thu hẹp diện tích lòng

16

hồ và ô nhiễm nước hồ đô thị khiến hệ thống hồ Hà Nội đứng trước nguy cơ bị ô

nhiễm nghiêm trọng [28] Theo thống kê năm 2019 [5], trên địa bàn TP Hà Nội có

122 hồ nằm rải rác tại các quận huyện với tổng diện tích mặt nước khoảng 10,74 km2

Trong đó, khoảng 50% hồ có diện tích mặt nước từ 10.000 - 50.000 m2 Tỷ lệ phân

bố theo diện tích các hồ tại TP Hà Nội được thể hiện trên Hình 1.3

Hình 1.3 Tỷ lệ phân bố theo diện tích các hồ Thành phố Hà Nội [5], [27], [32]

Mức độ ô nhiễm các hồ hầu như bị ảnh hưởng bởi tính chất tiếp nhận nước thải

của hồ Theo cách quản lý của Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội [5], hồ đô

thị trên địa bàn TP Hà Nội được chia thành nhóm sau:

- Nhóm 1: các hồ không tiếp nhận nước thải, chỉ tiếp nhận nước mưa;

- Nhóm 2: các hồ tiếp nhận hỗn hợp nước mưa + nước thải khi có mưa;

- Nhóm 3: các hồ thường xuyên tiếp nhận nước thải trực tiếp

Trong số 122 hồ nêu trên có 98 hồ được kè xung quanh (chiếm 80,3% tổng số

hồ), 14 hồ đang được cải tạo, 10 hồ chưa được cải tạo Số hồ được xây dựng hệ thống

bao tách nước thải là 51 hồ, chiếm 41,8% tổng số hồ hiện có tại Hà Nội [5] Chất

lượng nước của một số hồ thuộc khu vực TP Hà Nội được thể hiện trong Bảng 1.3

COD (mg/L)

TN (mg/L)

TP (mg/L)

Từ Bảng 1.3 cho thấy, giá trị DO trung bình năm của 09 hồ khảo sát dao động

từ 0,1 ÷ 4,5 mg/L, tuy nhiên chỉ có duy nhất Hồ Cá Bác Hồ đạt được quy chuẩn

QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) ở chỉ tiêu này, số còn lại đều không đạt Đối

với chỉ tiêu COD, kết quả quan trắc các hồ cho thấy giá trị COD trung bình năm của

các hồ có sự khác biệt đáng kể, giá trị thấp nhất là 46,1 mg/L ở Hồ Cá Bác Hồ và giá

trị cao nhất là 188,3 mg/L ở hồ nhỏ Kim Liên, các giá trị này vượt quy chuẩn QCVN

08-MT:2015/BTNMT (cột B1) từ 1,54 đến 6,28 lần Chỉ tiêu TN của các hồ có giá

trị TN trung bình năm tương ứng từ 3,3 ÷ 25,9 mg/L Trong đó, Hồ Cá Bác Hồ có giá

trị thấp nhất là 3,3 mg/L và giá trị cao nhất là hồ nhỏ Kim Liên với hàm lượng 25,9

mg/L Đối với chỉ tiêu TP, kết quả quan trắc các hồ cho thấy giá trị TP trung bình

năm có sự dao động không đáng kể Hai hồ thuộc nhóm 1 là hồ Bảy Gian và Hồ Cá

Bác Hồ có giá trị thấp nhất là 1,6 mg/L và giá trị cao nhất là hồ nhỏ Kim Liên thuộc

18

nhóm 3 với hàm lượng 3,4 mg/L

Kết quả nghiên cứu hiện trạng cho thấy, nước hồ đô thị tại Hà Nội hầu như bị ô

nhiễm bởi NTSH với mức độ từ nhẹ đến nặng ở các thông số DO, COD, TN, TP,…

nguy cơ gây phú dưỡng trong các hồ, gây mất cảnh quan cho môi trường xung quanh

1.3 Tổng quan các phương pháp kiểm soát chất lượng nước hồ

1.3.1 Các giải pháp trên thế giới

a Phương pháp hóa học

Chất CuSO4 được áp dụng để ngăn chặn sự bùng phát của vi khuẩn tảo lam trong

một hồ phân tầng nhỏ và nông ở Pháp Lượng CuSO4 sử dụng để xử lý là 63 μg/l là

Cu2+ từ CuSO4.5 H2O Vi khuẩn tảo lam đã được kiểm soát nhưng xuất hiện trở lại

sau 2 tháng xử lý [72] Các hồ Fairmont ở miền Nam Minnesota, Canada có chiều

sâu không lớn đã được xử lý bằng CuSO4 trong 58 năm để giảm sự phát triển quá

mức của tảo Kết quả của phương pháp xử lý bằng CuSO4 có khả năng tiêu diệt và

xử lý tảo tức thời, nhưng chúng gây ra các tác dụng phụ có hại đối với nhiều sinh vật

dưới nước: suy giảm DO, tăng tốc độ tái tạo phốt pho, cá chết do thiếu ô-xy, tích tụ

kim loại đồng trong trầm tích,… [67] Bên cạnh CuSO4, một loại thuốc diệt cỏ

(fluridone) được sử dụng để kiểm soát sự phát triển của tảo từ năm 1988-1992 tại hồ

nước ngọt Istokpoga, Florida, Hoa Kỳ Nhưng hiệu quả chỉ tạm thời và làm gia tăng

nồng độ chất dinh dưỡng, tổng phốt pho, diệp lục, và giảm độ sâu của hồ [99] Nhằm

giảm tải lượng chất ô nhiễm trong bùn đáy hồ Lillesjon ở Canada (S hồ: 4,2 ha, độ

sâu nhất: 4,2 m, độ sâu TB: 2m), đáy hồ gồm có bùn đen, [P] cao, [Fe] trên bề mặt

bùn thấp Hồ được xử lý theo ba bước Bước 1, cho 13 tấn FeCl3 (tương đương 146g

Fe/m2) nhằm tăng lượng sắt trong hồ dẫn đến giảm lượng phốt phát và xử lý H2S

Thời gian xử lý trong 6 ngày Bước 2, cho 5 tấn Ca(OH)2 (tương đương 180 gCa/m2)

để trung hòa, pH đạt 7.5 sau xử lý 1 tuần Bước 3, thêm 12 tấn Ca(NO3)2 (tương

đương 141g N/m2) để ô-xy hóa chất hữu cơ và các chất vô cơ (FeS) trong 1 tuần

[137] Phương pháp này, bổ sung nitrat vào bùn đáy giống như chất mang ô-xy, do

đó ức chế quá trình tái tạo phốt pho trong hồ

19

b Phương pháp vật lý

- Pha loãng và xả đáy: Đây là phương pháp giúp bổ sung nước cho hồ từ một

nguồn khác có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn và hàm lượng Ca2+ và HCO3- cao

hơn, trực tiếp làm giảm nồng độ chất dinh dưỡng [47] Xả cặn trong hồ và pha loãng

nước hồ là một kỹ thuật đơn giản, nhanh, hiệu quả để xử lý các thủy vực ở quy mô

nhỏ Tuy nhiên, phương pháp này phụ thuộc nhiều vào chất lượng của nguồn nước

bổ sung Một nghiên cứu được thực hiện ở hồ chứa Xiaolangdi, Trung Quốc Hiệu

suất xử lý cặn lắng đạt 30 ÷ 100% [151] Một nghiên cứu khác thực hiện ở hồ Lewis,

Hoa Kỳ Năm 2007, khoảng 21% dung tích hồ chứa đã bị mất do cặn lắng Việc xả

nước và bùn cặn đã được tiến hành và đạt kết quả là 416 kg/m3 đối với đất sét, 1.120

kg/ m3 đối với phù sa, và 1.550 kg/ m3 đối với cát bằng phương pháp xả cặn [79]

- Sục khí sâu: Phương pháp này được áp dụng đối với những hồ có nồng độ dinh

dưỡng của đáy hồ cao hơn bề mặt nước Việc giải phóng P từ trầm tích có thể được

ngăn chặn một cách hiệu quả thông qua việc sử dụng máy khuấy cơ học, sục khí, sục

ô-xy, Sục khí sâu với hai mục đích: (1) cải thiện nồng độ ô-xy hòa tan (DO) mà

không làm thay đổi các tầng nước, chuyển đổi môi trường yếm khí thành môi trường

hiếu khí; và (2) tăng cường môi trường sinh trưởng của sinh vật đáy và tăng nguồn

cung cấp thức ăn Kỹ thuật này cũng làm giảm nồng độ NH3, Fe, Mn và các chất ion

khác [40] Một số quốc gia, gồm Hà Lan và Vương quốc Anh, đã áp dụng sục khí sâu

cho các hồ nhỏ và hồ chứa đã đạt hiệu quả tốt [49] Phương pháp này cần chi phí lớn,

do đó phù hợp để áp dụng cho các thủy vực có quy mô nhỏ Trong nghiên cứu [103]

ứng dụng công nghệ PEEN (Physico-Ecological Engineering) để xử lý hồ Taihu,

Trung Quốc, có diện tích 2.428 km2, độ sâu trung bình 1,9 m Công nghệ PEEN sử

dụng kết hợp quá trình kết tủa, kết dính, hấp thụ, phân hủy cùng với các loại thực vật

nổi và thực vật chìm như bèo tây, đậu phộng nước, củ ấu, bèo cái,… và các loại động

vật thủy sinh như tôm, ốc kết hợp việc cung cấp thêm khí nhờ máy sục khí Mô hình

thực hiện trong vòng 10 tháng, nước hồ bị ô nhiễm với các chỉ tiêu: độ màu từ 36 -

58 Pt-Co, độ đục từ 16-84 NTU, NH4+-N có nồng độ 1,33 - 9,29 mg/L, NO2--N có

20

nồng độ 0,06 - 0,28 mg/L, sau khi ứng dụng công nghệ PEEN, hiệu suất xử lý đạt

tương đương là 46, 82, 69, 69%

- Làm thoáng bằng hệ thống ĐHDC: Khu vườn ven hồ Chengdu (Trung Quốc)

với diện tích 0,2 ha, có dòng nước thải 200 m3/ngày chảy qua, một hệ thống ĐHDC

kết hợp với cây trồng để làm sạch dòng nước chảy qua trước khi đổ vào sông Các

chất ô nhiễm chảy qua toàn bộ hệ thống sẽ bị chuyển hóa thành các chất dinh dưỡng

[148] Ở New Zealand, hồ Te Koutu đã bị tù đọng và ô nhiễm nghiêm trọng gây ra

hiện tượng phú dưỡng, một hệ thống gồm 43 mẫu ĐHDC Olympya được lắp đặt [74]

và đã cải thiện lượng được đáng kể lượng ô-xy hòa tan trong nước [118] Theo nghiên

cứu [73], hệ thống ĐHDC kết hợp với BLTC với VLL là sỏi và trồng sậy đã cải thiện

chất lượng nước xám (nước thải tắm giặt) từ một cộng đồng ở New South Wales,

Australia Thử nghiệm cho thấy hàm lượng BOD5 giảm từ 424 mg/L xuống dưới 20

mg/L trong thời gian 105 phút, số lượng coliform giảm trung bình từ khoảng 3100

cfu/100ml xuống mức 500 cfu/100ml, và lượng DO tăng lên đều đặn từ 0,1 đến 3,9

ppm Nước sau xử lý có thể được sử dụng cho việc tưới cây, hoặc đưa trở lại tự nhiên

- Nạo vét trầm tích đáy hồ: Nạo vét trầm tích có thể giúp cải thiện nhanh chóng

chất lượng nước hồ, là một trong những kỹ thuật xử lý hồ trực tiếp và hiệu quả nhất

Phương pháp này được sử dụng để xử lý các lớp bề mặt trầm tích chứa nhiều chất ô

nhiễm và kiểm soát được chất gây ô nhiễm [111] Các nhà khoa học Trung Quốc đã

phân tích tác động của việc nạo vét 30 cm lớp trầm tích trên đỉnh Hồ Thái Hồ Kết

quả cho thấy, nạo vét là một biện pháp hữu ích để phục hồi hệ sinh thái thủy sinh khi

tải trọng bên trong hồ có nguồn chính là chất dinh dưỡng và tốc độ lắng chất dinh

dưỡng thấp [152] Tuy nhiên khi nạo vét đáy hồ một phần phốt pho đơn được thủy

phân từ phốt pho trầm tích và quay trở lại hồ, tiếp tục gây phú dưỡng cho hồ

c Phương pháp sinh học

Áp dụng phương pháp sinh học trong việc xử lý hồ nhằm thiết lập lại hệ sinh

thái của các chu trình tự nhiên, là mục tiêu cuối cùng của việc kiểm soát các chất hữu

cơ và dinh dưỡng gây ô nhiễm hồ [146]

21

- Xử lý bằng VSV: Phương pháp xử lý sinh học bằng VSV được thực hiện bằng

cách bổ sung lượng VSV thích hợp (các chủng khác nhau) để đẩy nhanh quá trình

chuyển hóa, phân hủy các chất ô nhiễm trong hồ Trong quá trình sinh trưởng của

VSV, một lượng lớn chất hữu cơ bị phân hủy đóng vai trò là chất dinh dưỡng được

các VSV hấp thụ [104]

- Công nghệ màng sinh học: Trong nghiên cứu [142] đã chỉ ra khả năng cải thiện

chất lượng nước hồ bị phú dưỡng với màng sinh học vi khuẩn tảo phủ lên thảm thủy

sinh nhân tạo và thấy rằng sự ức chế rõ rệt hiện tượng nở hoa của tảo Theo nghiên

cứu [71] đã sử dụng ba vật liệu hoạt tính (zeolit, gốm và một vật liệu xốp nhẹ) để hỗ

trợ các màng sinh học ngăn chặn sự giải phóng N từ trầm tích hồ phú dưỡng, trong

ba vật liệu hoạt tính, việc che phủ zeolit sinh học là hiệu quả nhất Trong một nghiên

cứu khác [147] đã sử dụng tre sợi và nhựa làm chất mang của màng sinh học để xử

lý sinh học các hợp chất ni-tơ từ nước hồ bị phú dưỡng

- Sử dụng chế phẩm vi sinh: Xử lý nước hồ ô nhiễm bằng chế phẩm vi sinh là

phương pháp được sử dụng nhiều vì những ưu điểm: chi phí thấp, thân thiện với môi

trường, không ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh Bản chất của xử lý nước bằng chế

phẩm vi sinh dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV hiếu khí, kỵ khí có tác

dụng phân hủy các chất hữu cơ Các chế phẩm vi sinh làm tăng hiệu quả xử lý trong

hồ Đây là công nghệ đơn giản để xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm ở trong hồ và tạo ra

các sản phẩm thân thiện với môi trường Ở Bắc Mỹ và Tây Âu (đặc biệt là ở Hà Lan,

Đức và các nước Bắc Âu) sử dụng rộng rãi công nghệ này vào những năm 1990 [128]

- Bãi lọc trồng cây: Trung Quốc đã ứng dụng BLTC để xử lý nước bị ô nhiễm

và đạt hiệu suất xử lý đối với TP từ 30 - 67% và TN từ 30-52% trong hồ siêu phú

dưỡng bằng BLTC [53] Hồ Taihu bị phú dưỡng đã được xử lý thành công bởi ba

BLTC quy mô thí điểm song song [90] Hiệu quả xử lý tốt nhất đối với NH3-N, TN

và TP đạt được bằng BLTC có dòng chảy thẳng đứng Trong BLTC có dòng chảy bề

mặt, do dòng nước tiếp xúc với màng sinh học của đất, thực vật và rễ cây, nước được

làm sạch thông qua các quá trình vật lý, hóa học, sinh học đồng thời góp phần vào

22

quá trình tái tạo tự nhiên của nước thải

- Sử dụng thực vật thủy sinh: Trong các hồ nước có nồng độ chất dinh dưỡng

cao, vận tốc dòng chảy trong hồ thấp, dẫn đến sự phát triển của thực vật phù du

là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng [115] Thực vật thủy sinh hấp

thụ các chất dinh dưỡng trong quá trình phát triển của chúng và có thể xử lý, tiêu diệt

hoặc cách ly các chất độc hại khỏi môi trường [64] Thực vật thủy sinh có thể được

phân loại thành (1) thực vật ưa ẩm, (2) thực vật nổi, (3) thực vật lá nổi, (4) thực vật

trôi nổi và (5) thực vật ngập nước [146] Thông thường, thực vật thường được lựa

chọn dựa trên hiệu quả xử lý và chi phí, với một số loại thường được chọn là dong

riềng, lục bình, bèo tấm, thủy trúc,… [146] Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng so với các

loại thực vật khác, dong riềng có tác động tốt hơn tới nồng độ DO [46] Mặt khác,

hiệu quả xử lý TP, TN và COD được cải thiện rõ rệt bởi dong riềng, thạch xương bồ

và dong riềng hỗn hợp Khả năng xử lý chất ô nhiễm của một số loại thực vật thủy

sinh được đưa ra trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 Khả năng xử lý chất ô nhiễm của một số loài thực vật thủy sinh

Với các phương pháp xử lý nước hồ bị ô nhiễm nêu trên, ưu nhược điểm của

từng phương pháp được liệt kê trong Bảng 1.5

23

Bảng 1.5 Ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý

2 Lý học

Đơn giản, dễ áp dụng Tốn kém; mang tính tức thời;

không triệt để; hiệu quả rõ rệt trong thời gian ngắn; gây phản ứng phụ

Nguồn: [146]

1.3.2 Các giải pháp ở Việt Nam

a Nạo vét hồ

Việc nạo vét bùn hồ là hình thức xử lý bớt chất ô nhiễm tích đọng trong lòng

hồ, phần lớn mùi hôi xuất phát từ đáy hồ là do khí H2S, nồng độ H2S cao nhất ở lớp

bùn đáy Tác hại của H2S là gây thiếu hụt ô-xy trầm trọng Một trong những biện

pháp giảm tải lượng các chất dinh dưỡng ô nhiễm trong hồ là xử lý phốt pho bằng

cách nạo vét hồ mang lại hiệu quả nhưng chi phí rất cao Biện pháp nạo vét lòng hồ

thường chỉ áp dụng cho các hồ nhỏ, đặc biệt là các hồ nội thành

Các hồ Thành Công, Giảng Võ, Thiền Quang, Thanh Nhàn 1, Thanh Nhàn 2,…

ở Hà Nội đã được nạo vét, cải tạo và tách nước thải khỏi hồ trong giai đoạn

2001-2004 Sau khi cải tạo, chất lượng hồ được cải thiện [16] Tuy nhiên đầu tư cho việc

cải tạo, kè các kênh mương hồ đô thị rất tốn kém Hiệu quả cải thiện chất lượng nước

không cao Nhiều hồ Hà Nội sau khi tích nước không bảo tồn được hệ sinh vật ban

24

đầu, khả năng tự làm sạch nguồn nước bị giảm và có dấu hiệu tái ô nhiễm

b Xử lý bằng thực vật thủy sinh

Phương pháp XLNT bằng BLTC đã được ứng dụng ở khá nhiều trong các công

trình xử lý nước thải và bước đầu cho thấy hiệu quả đạt được của phương pháp này

Trong nghiên cứu [130] đã nghiên cứu mô hình thử nghiệm công nghệ XLNT sinh

hoạt bằng bể tự hoại có vách ngăn với bộ lọc kỵ khí (BASTAF) kết hợp với BLTC

ngầm có dòng chảy thẳng đứng, sử dụng các loại thực vật có sẵn tại địa phương Nước

thải sau khi xử lý có các chỉ tiêu COD, BOD5, TSS, TN, NH4+-N và TP đạt mức A

theo tiêu chuẩn cho phép Việt Nam về xả nước thải Kết quả của nghiên cứu này đã

được nhân rộng và thực hiện ở các tỉnh khác nhau tại Việt Nam

Năm 2017, Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường (IESE) Trường Đại học Xây

dựng đã triển khai xây dựng hệ thống HSH kết hợp với BLTC, công suất 36.000

m3/ngày (Hình 1.4) [2] Sau xử lý, nước thải đạt giá trị giới hạn của QCVN

52:2013/BTNMT cột B và 5 thông số bổ sung (Màu, Fe, Mn, NH4+-N, S2-) đạt QCVN

40:2011/BTNMT cột B Nước thải sau trạm XLNT công nghiệp được đưa đến hồ

CN-3, CN-4, sau đó chảy sang chuỗi BLTC (CB1, 2, 3, 4) cùng với nước thải sinh

hóa BLTC CB1, CB4 được thiết kế là bãi lọc FWS BLTC CB2, CB3 là bãi lọc HF

Sau chuỗi BLTC một phần nước đưa đến bể chỉ thị sinh học có thả cá với dung tích

120 m3, phần còn lại được bơm ra biển qua trạm bơm 1C và đường ống D800 Đây

là hệ thống HSH kết hợp với BLTC quy mô lớn đầu tiên ở Việt Nam trong việc xử lý

hoàn thiện cho hệ thống XLNT công nghiệp và phòng ngừa sự cố môi trường Hiện

nay, hệ thống đang hoạt động với hiệu quả cao và có vai trò quan trọng trong việc

đảm bảo XLNT của Công ty Fomosa Hà Tĩnh đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra biển

Theo kết quả nghiên cứu [33], công nghệ sinh thái sử dụng hệ thống thực vật

thủy sinh như ngổ trâu, bèo tây, cải soong và rau muống không chỉ xử lý các yếu tố

phú dưỡng môi trường nước như TN, TP, Chl.a, TSS, COD mà còn cả vi tảo và vi

khuẩn lam độc Trong 4 loài thực vật sử dụng, bèo tây cho hiệu quả xử lý cao nhất