Chuyên đề XLNT chính xác

Trong những năm qua, sự tăng nhanh về dân số và khai thác quá mức tài nguyên nước, các tài nguyên đất và rừng đã làm suy kiệt nguồn nước; việc phát triển đô thị và công nghiệp nhưng không có biện pháp quản lý chặt chẽ và xử lý các chất thải lỏng, thải rắn theo yêu cầu cũng đã làm ô nhiễm nguồn nước, cho nên suy thoái nguồn nước trở thành khá phổ biến đối với các lưu vực sông (LVS), vì vậy Việt Nam (VN) đã được quốc tế xếp vào loại các quốc gia có tài nguyên nước suy thoái.

MỤC LỤC

I HIỆN TRẠNG 1 SỐ LƯU VỰC SÔNG 3

1 Lưu vực sông Cầu 3

2 Lưu vực sông Nhuệ, sông Ðáy 5

3 Lưu vực sông Ðồng Nai, sông Sài Gòn 7

4 Lưu vực sông Tiền Giang và Hậu Giang 9

II CƠ CHẾ VÀ NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘNG VÀ TĨNH 12

1 Khái niệm: 12

2 Dấu hiệu nguồn nước nhiễm bẩn: 13

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước: 13

4 Quá trình xáo trộn nước thải với nước nguồn 13

5 Ảnh hưởng của dòng chảy tới khả năng tự làm sạch của nguồn nước: 15

III MỘT SỐ MÔ HÌNH DỰ BÁO Ô NHIỄM 18

1 Nhóm mô hình 1: IPC 18

2 Nhóm mô hình 2 - Mô hình QUAL2K 20

IV HIỆN TRẠNG XẢ THẢI TẠI ĐÔ THỊ, KCN 24

1 70% khu công nghiệp xả thẳng nước thải ra môi trường 24

2 Khu công nghiệp Lê Minh Xuân : Xả nước thải chưa qua xử lý ra kênh 25

V CÁC CÔNG NGHỆ ĐƯỢC ỨNG DỤNG VÀ SỐ LƯỢNG CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH ĐANG TRIỂN KHAI ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÔNG NGHỆ 28

1 Nhà máy XLNT Bình Hưng -TP Hồ Chí Minh với công nghệ C-Tech 28

2 Xử lý nước thải KCN bằng công nghệ Unitank 29

3 Hệ thống xử lý nước thải KCN công nghỆ SBR (Sequencing Batch Reactor) 33

4 Nghiên cứu xử lí nước thải công nghiệp giấy bằng công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí (UASB) 36

5 Xử lý nước thải dệt nhuộm theo phương pháp sinh học kết hợp keo tụ tạo bông (Công ty Dệt nhuộm Xuân Hương – KCN Tân Tạo) 41

6 Hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nước thải tập trung tại một số KCN/KCX điển hình: 44

VI TỔNG KẾT 46

I HIỆN TRẠNG 1 SỐ LƯU VỰC SÔNG

Trong những năm qua, sự tăng nhanh về dân số và khai thác quá mức tài nguyên nước, các tài nguyên đất và rừng đã làm suy kiệt nguồn nước; việc phát triển đô thị và công nghiệp nhưng không có biện pháp quản lý chặt chẽ và xử lý các chất thải lỏng, thải rắn theo yêu cầu cũng đã làm ô nhiễm nguồn nước, cho nên suy thoái nguồn nước trở thành khá phổ biến đối với các lưu vực sông (LVS), vì vậy Việt Nam (VN) đã được quốc tế xếp vào loại các quốc gia có tài nguyên nước suy thoái

VN có 2360 con sông, có chiều dài trên 10km, trong đó có 9 hệ thống sông lớn có diện tích lưu vực trên 10.000km2 Tổng lượng nước hàng năm chảy qua các sông, suối tới 835 tỷ m3, trong đó có 313 tỷ m3 sản sinh trên lãnh thổ Việt Nam còn lại 522 tỷ m3 từ lãnh thổ các nước ngoài chảy vào nước ta

VN có 16 LVS (trong đó có 13 LVS lớn như sông Hồng, sông Thái Bình, Bằng Giang – Kỳ Cùng, sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Ba, sông Đồng Nai, sông Cửu Long, sông Đà, sông Lô, sông Sêsan, sông Sêrêpôk) Đáng lo ngại là, 10/13 LVS đều liên quốc gia với Trung Quốc, Lào, Campuchia; 70% diện tích lưu vực nằm ngoài biên giới VN; 63% lượng nước các LVS đều chảy vào từ ngoài lãnh thổ

Các LVS ở Việt Nam

Nhiều lưu LVS ở Việt Nam đang bị ô nhiễm như :

1 Lưu vực sông Cầu

LVS Cầu và các phụ lưu qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hải Dương

Sơ đồ sông Cầu - Ảnh: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn

LVS Sông Cầu nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: 21o07 - 22o18 vĩ bắc, 105o28 -

106o08 kinh đông, có diện tích 6.030 km2, bao gồm toàn bộ hay một phần lãnh thổ của các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc.Sông Cầu là sông lớn nhất trong hệ thống sông Thái Bình Sông Cầu có 2 phụ lưu lớn là sông Công (dài 96 km) và sông

Cà Lồ (dài 89km)

Ðây là một lưu vực (LV) đã bị ô nhiễm hoàn toàn Dân số sống trong LV này chiếm khoảng 7 triệu trên một diện tích độ 10 ngàn Km2 Trong LV này, ngoài khu sản xuất công nghiệp lớn nhất Thái Nguyên, qua việc khai thác mỏ và hóa chất, còn có trên dưới 800 cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp và quy mô công nghiệp nhỏ như các làng nghề tập trung Lượng chất thải lỏng thải hồi vào LVS Cầu ước tính khoảng 40 triệu m3/năm Riêng khu vực Thái Nguyên thải hồi khoảng 24 triệu m3 trong đó có nhiều kim loại độc hại như Selenium, Mangan, Chì, Thiết, Thủy Ngân và các hợp chất hữu cơ từ các nhà máy sản xuất hóa chất bảo vệ thực vật như thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu, trừ nấm mốc v.v

Tại tỉnh Bắc Ninh, có trên 60 làng nghề đã có từ lâu đời Nơi đây cũng còn có các ngành chế biến lâm sản và kỹ nghệ giấy, tái sinh giấy Các kỹ nghệ này đã phát thải nhiều hóa chất

hữu cơ độc hại trong đó các chất tẩy trắng chứa clo là một nguy cơ ô nhiễm cao nhất Vì trong công đoạn này phát sinh ra dioxin, mầm móng của bịnh ung thư Trong các phụ lưu của sông Cầu, hầu hết những thông số phân tích đều vượt qua tiêu chuẩn cho phép từ 2 đến hơn

50 lần như nhu cầu oxy hóa học (COD), lượng oxy hòa tan (DO), tổng cặn lơ lững (TSS), nitrite (NO2)

Với những thông số ghi nhận tên đặc biệt là DO, một thông số chỉ lượng oxy hòa tan rất thấp, nhiều khi dưới 1,0 đơn vị, có nghĩa là trong lưu vực sông Cầu lượng tôm cá hầu như không còn hiện diện nữa

2 Lưu vực sông Nhuệ, sông Ðáy

LVS Nhuệ, sông Ðáy chảy qua các tỉnh Hòa Bình, TP Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Nam Ðịnh,

và Ninh Bình

Sơ đồ sông Nhuệ và sông Đáy - Ảnh: Bộ Tài nguyên Môi trường

Dân số trong LV này khoảng 10 triệu trên một diện tích 7.700 Km2 Ðây là một vùng

có mật độ dân số cao trên 1.000 người/Km2 và cũng là một trung tâm kinh tế quan trọng Do

đó ngoài nước thải công nghiệp, cần phải kể thêm nước thải sinh hoạt gia cư, tất cả đều đổ thẳng ra sông hồ Lượng nước thải sinh hoạt được ước tính là 140 triệu m3 theo thống kê

2004 Còn các nguồn nước thải của trên 120 cơ sở sản xuất công nghiệp ở vùng này trừ Hà Nội ước tính khoảng 120 triệu m3/năm Riêng tại Hà Nội, có 400 xí nghiệp và khoảng 11 ngàn cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp thải hồi trung bình 20 triệu m3/năm Hà Tây là nơi trọng điểm của làng nghề chiếm 120 làng trên tổng số 286 làng nghề trong khu vực Hai hạ lưu có ô nhiễm trầm trọng nhất là sông Nhuệ và sông Tô Lịch với hàm lượng DO hầu

như triệt tiêu, nghĩa là không còn điều kiện để cho tôm cá sống được, Vào mùa khô dòng sông cạn kiệt, trơ đáy bùn nên nhiều khúc sông không khác gì bãi rác lô thiên.Hàng chục nghìn gia đình sinh sống dọc tuyến đầu nguồn sông Tô Lịch được hướng dẫn dùng chế phẩm sinh học làm sạch nước thải tại nguồn, trước khi thải ra sông.Nhờ đó, chất lượng nước sông đầu nguồn được cải thiện, giảm đáng kể mùi hôi khó chịu…Việc quan trắc đánh giá chất lượng và lưu lượng xả thải tại các cửa xả thải trực tiếp vào sông Nhuệ, sông Đáy được thực hiện hàng năm

Đến nay, một số hồ nội thành liên quan tới sông Nhuệ đã được cải tạo và xử lý ô nhiễm; trạm xử lý nước thải khu công nghiệp (KCN) Phú Nghĩa đã đi vào hoạt động; đồng thời cải tạo, nạo vét 1 km đoạn đầu sông Nhuệ, khơi thông 15 tuyến kênh tiêu chảy vào sông Nhuệ, sông Đáy…

Thành phố Hà Nội xử lý được 80% chất thải rắn sinh hoạt, cả 3 KCN nằm trên LV đều xây dựng hệ thống xử lý nước thải (có 2 hệ thống đã vận hành) Tuy nhiên mới có 4/47 cụm công nghiệp thuộc lưu vực đã có hệ thống xử lý nước thải và 6 cụm đang xây dựng Thành phố đang cải tạo, nâng cấp sông Tô Lịch đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Trung Hòa - Nhân Chính bằng việc xây dựng đường, cống gom nước thải kết hợp xử lý các nguồn nước thải trước khi đổ vào sông và quản lý rác thải Hà Nội còn đang triển khai xây dựng dự án

"Thí điểm xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn xã Tân Hòa, huyện Quốc Oai công suất 200 - 300m3/ngày đêm"; đầu tư xây dựng Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Yên Sở công suất 200.000m3/ngày đêm và chuẩn bị đầu tư xây dựng nhà máy xử lý nước thải Yên

Xá công suất 275.000m3/ngày đêm, nhà máy xử lý nước thải Phú Đô công suất 71.000m3/ngày đêm Đồng thời xây dựng dự án đầu tư, vận hành Nhà máy phân loại và ép rác thải sinh hoạt xuất khẩu công suất 2.000 tấn/ngày tại Nam Sơn (Sóc Sơn), xây dựng khu

xử lý chất thải rắn Đồng Ké (Chương Mỹ), Khu xử lý rác thải Xuân Sơn (Sơn Tây) giai đọan

2 Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng đang hỗ trợ thành phố đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải làng nghề tại xã Dương Liễu (Hoài Đức) để xử lý nước thải cụm làng nghề Cát Quế - Minh Khai - Dương Liễu được xếp loại ô nhiễm tốp đầu trên địa bàn

Ninh Bình mới thu gom, xử lý được 80% chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp và y tế Tỉnh đang đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại thành phố Ninh Bình với kinh phí 385.783 triệu đồng; và đang xây dựng hệ thống xử lý nước thải bệnh viện tuyến huyện, nâng cấp cải tạo hệ thống xử lý nước thải, chất thải rắn bệnh viện đa khoa tỉnh; xây

dựng dự án Nhà máy xử lý chất thải rắn thị xã Tam Điệp Trong số 3 KCN, có một khu đang vận hành hệ thống xử lý nước thải, hai khu còn lại đang xây dựng

Năm nay, Nam Định tiếp tục đầu tư, hỗ trợ xây dựng 10 bãi chôn lấp xử lý nước thải sinh hoạt, trong đó có 7 bãi chôn lấp thuộc 6 xã lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy; hỗ trợ thành phố Nam Định xây dựng thêm hố chôn lấp trong Nhà máy xử lý rác thải Lộc Hòa, 2 bệnh viện xây dựng lò đốt rác thải y tế và hỗ trợ kinh phí thực hiện thí điểm thu gom, xử lý chất thải nguy hại làng nghề Tỉnh còn tiếp tục hỗ trợ kinh phí để xây dựng 37 công trình bãi chôn lấp xử lý rác thải, 4 công trình xây dựng nhà máy nước thải công nghiệp tại KCN Hòa Xá, Cụm công nghiệp An Xá, Xuân Tiến và Yên Xá được đầu tư xây dựng từ năm 2007 tới nay Tuy nhiên hiện nay, tỷ lệ chất thải sinh hoạt được xử lý ở đây còn thấp (78% tại thành phố Nam Định và gần 50% tại khu vực nông thôn) Nhưng phần lớn chất thải rắn công nghiệp không nguy hại (521/696 tấn/tháng) đều được tận thu, tái sử dụng Trong số 60% các cơ sở sản xuất trong Khu, cụm công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải có khoảng 30% xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường

Tại Hà Nam, mới xử lý được 65% trong tổng số 90% rác thải sinh hoạt được thu gom;

bù lại, đã xử lý được toàn bộ chất thải y tế và chất thải rắn nguy hại và không nguy hại tác các KCN Nhưng Hà Nam vẫn còn nỗi lo xử lý nước thải từ các Khu và cụm công nghiệp bởi cho đến nay, mới chỉ có 1/4 tại Khu có hệ thống xử lý nước thải và cả 2 cụm công nghiệp đều chưa có hệ thống này Tương tự như vậy, phần lớn lượng nước thải sinh hoạt y tế đều chưa được xử lý do có tới 9/13 bệnh viện chưa có hệ thống xử lý

Hòa Bình là địa phương chưa có tốc độ phát triển công nghiệp, dịch vụ, nên lượng chất thải phát sinh ít Riêng chất thải rắn đô thị và làng nghề (khoảng 41.000m3/năm) đã thu gom, xử

lý được 70% Hòa Bình đã đầu tư và đưa vào sử dụng bãi chôn lấp rác Lương Sơn; đang tiến hành đầu tư, xây dựng khu xử lý rác thải cho thành phố qui mô 16 ha, xây dựng dự án xử lý nước thải sinh hoạt tập trung công suất 5.120m3/ngày đêm cho thành phố

3 Lưu vực sông Ðồng Nai, sông Sài Gòn

LVS Ðồng Nai, sông Sài Gòn gồm các tỉnh Lâm Ðồng, Ðắc Lắc, Ðắc Nông, Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh, Ðồng Nai (Biên Hòa), thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Bà Rịa-Vũng Tàu, Ninh Thuận, và Bình Thuận

Sơ đồ LVS Đồng Nai - Ảnh: Hội Đập Lớn và phát triển VN

LV này là một vùng đông dân cư, với diện tích 37.400 Km2, dài 586 km và dân số khoảng 20 triệu, và cũng là một vùng tập trung phát triển công nghiệp lớn nhất và cũng là một vùng được đô thị hóa nhanh nhất nước Hiện nay, LVS Ðồng Nai có khoảng 70 khu chế xuất, KCN Hàng ngày sông ngòi trong LV này tiếp nhận khoảng 600 nghìn m3 nước thải công nghiệp, không kể một số lượng không nhỏ của trên 30 ngàn cơ sở sản xuất hóa chất rải rác trong TP.HCM Nước thải sinh hoạt ước tính khoảng 2,7 triệu m3/ngày đêm cũng chảy ra sông Ngoài những chất thải công nghiệp như hợp chất hữu cơ, kim loại độc hại như: đồng, chì, sắt, kẽm, thủy ngân, cadmium, mangan, các loại thuốc bảo vệ thực vật Nơi đây còn xảy

ra hiện tượng nước sông bị acid hóa như đoạn sông từ cầu Bình Long đến Bến Than, nhiều khi độ pH xuống đến 4,0 (độ pH trung hòa là 7,0), và trọng điểm là sông Rạch Tra, nơi tất cả nước rỉ từ các bãi rác thành phố và hệ thống nhà máy dệt nhuộm ở khu Tham Lương đổ vào

LV này hiện đang bị khai thác quá tải, nước sông hoàn toàn bị ô nhiễm và hệ sinh thái của vùng này bị tàn phá kinh khủng, sản lượng vùng này chiếm 30% tổng sản lượng quốc dân Bốn khu vực bị ô nhiễm trầm trọng Ðó là:

1 – Ðoạn sông Ðồng Nai từ cầu Hòa An đến cầu Ðồng Nai, nơi cung cấp nguồn nước chính cho cư dân Sài Gòn

2 - Ðoạn từ Bình Phước đến Tân Thuận, địa phận của trên 10 khu chế xuất

3 - Ðoạn sông Thị Vải từ nhà máy hóa chất và bột ngọt Vedan của Ðài Loan đến cảng Phú Mỹ

4 - Và nước sông Vàm Cỏ Ðông Riêng sông Vàm Cỏ Ðông, nước sông nầy đang bị acid hóa nặng

Nồng độ các chất ô nhiễm trên sông Đồng Nai trong 5 năm qua liên tục bị phát hiện vượt tiêu chuẩn cho phép loại A và xấp xỉ ngưỡng loại B Trên thực tế từ năm 2009 đến nay, nước sông Đồng Nai đang bị suy giảm cả về số lượng lẫn chất lượng so với những năm trước

Đối với nuôi thủy sản trên sông hiện nay cũng gặp nhiều khó khăn Khu vực Cù Lao Phố thuộc thành phố Biên Hòa có truyền thống nuôi cá bè từ lâu nhưng hiện nay hàng trăm lồng phải bỏ không Từ đầu năm 2011 đến 9/2011 đã có 4 đợt cá chết khiến hàng tấn cá phơi trắng bụng, thiệt hại lên đến hàng tỷ đồng

Nuôi cá bè trên sông Đồng Nai (Nguồn: Báo điện tử ĐCSVN)

Nước sông từ Nhà máy nước Thiện Tân đến Long Đại (Đồng Nai) bắt đầu ô nhiễm các chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng Còn sông Sài Gòn bắt đầu ô nhiễm chất hữu cơ và ô nhiễm

vi sinh từ khu vực cửa sông Thị Tính và tăng dần về phía hạ lưu Hàm lượng BOD5, COD, vi sinh đều không đạt quy chuẩn, khu vực cửa sông cũng bị ô nhiễm chất hữu cơ và vượt qua QCVN 08 ở mức A1, một số nơi còn vượt mức B1

4 Lưu vực sông Tiền Giang và Hậu Giang

LVS Tiền Giang và Hậu Giang gồm các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long (ÐBSCL)

Sơ đồ LVS Cửu Long - Ảnh: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc gia

Ðây là một vùng hết sức đặc biệt và cũng là một lưu vực lớn nhất và đông dân nhất với diện tích 39 nghìn Km2 và gần 30 triệu cư dân Phát triển kinh tế nơi đây đặt trọng tâm là nông nghiệp và chăn nuôi thủy sản Vì đây không phải là một trọng điểm công nghiệp cho nên những vấn nạn môi trường không giống như tình trạng của 3 lưu vực vừa kể trên Nhưng việc khai thác nông nghiệp và thủy sản đã trở thành một vấn đề cần phải lưu tâm trong hiện tại Việc ô nhiễm hóa chất do dư lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật là kết quả của việc khai thác tối đa nguồn đất cho nông nghiệp Ðã có nhiều chỉ dấu cho thấy các hóa chất độc hại như DDT, Nitrate, hóa chất BVTV thuộc nhóm organo-phosphate, nguyên nhân của những mầm bịnh ung thư đã hiện diện trong nước Nguồn nước ở lưu vực này bị ô nhiễm arsenic do việc đào trên 300 ngàn giếng để dùng cho sinh hoạt và tưới tiêu Việc khai thác chăn nuôi thủy sản trên sông, ngoài việc làm cản trở dòng chảy của sông, việc di chuyển trên sông sẽ khó khăn thêm, mà còn là một vấn nạn môi trường không thể tránh khỏi Từ thượng nguồn Châu Ðốc, An Giang, cho đến tận Mỹ Tho, cá bè trong mùa cá bị chết hàng loạt do nguồn nước ô nhiễm từ thượng nguồn do cá chết lây lan xuống hạ lưu Kết quả là trên 40% lượng tôm cá bị thất thoát trong mùa vừa qua (VN trong gian đoạn này phải nhập cảng tôm

sú và cá basa của Trung Quốc và Mã Lai để thanh toán hợp đồng còn đang tồn động với các nước khác)

Ngoài ra, do việc tận dụng nguồn nước cho tưới tiêu, việc khai mở đê điều không hợp lý

đã khiến cho ÐBSCL phải đối mặt với vấn đề ngập mặn do nạn hạn hán kéo dài trong khi hệ sinh thái có nguy cơ bị hủy diệt do ô nhiễm Năm 2005, nước mặn đã vào sâu trên 120 Km trong đất liền làm tăng khả năng bị hoang hóa của đất trong vùng này Phát triển kinh tế không đi đôi với việc bảo vệ môi trường, kết quả tất nhiên là tình trạng môi trường ngày càng xuống cấp và cường độ ô nhiễm ngày càng tăng thêm

II CƠ CHẾ VÀ NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH TRONG ĐIỀU

KIỆN ĐỘNG VÀ TĨNH

1 Khái niệm:

Nước thải được pha loãng với nguồn nước tiếp nhận đến một khoảng nào đó thì được xáo trộn hoàn toàn với nước nguồn Ở những điều kiện bình thường, trong nguồn nước sẽ diễn ra một chu trình kín sự cân bằng giữa sự sống của các loài động thực vật và vi sinh vật

Sự sống của chúng co quan hệ tương hổ lẫn nhau

Khi nguồn nước bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và công ngiệp, sẽ tạo thành một lượng dư chất gây phá vỡ chu trình Sự ô nhiễm quá mức sẽ làm cho nhiều chất hữu cơ trở nên không ổn định, làm cho cơ chế cân bằng của vi sinh vật, sự cung cấp oxy diễn ra không bình thường Tuy nhiên tiếp theo một khoảng cách nào đó về hạ nguồn, tùy thuộc lượng chất gây ô nhiễm, lưu lượng nước nguồn, các điều kiện thủy động của dòng chảy , những chu trình bình thường sẽ được phục hồi trở lại Sự phục hồi này được gọi là “tự làm sạch”

Tự làm sạch là tổ hợp các quá trình tự nhiên như các quá trình thủy động lực, hóa học,

vi sinh vật học, thủy sinh học, diễn ra trong nguồn nước mặt bị nhiễm bẩn nhằm khôi phục lại trạng thái chất lượng nước ban đầu

 Vùng I: xáo trộn nước thải với nước nguồn nhờ quá trình khuếch tán tạo tia

 Vùng II: vùng pha loãng nước thải nhờ khuếch tán chất bẩn với nước nguồn

 Vùng III: vùng xáo trộn hoàn toàn nhờ khuếch tán

 Vùng IV: vùng thủy phân hoặc chuyển hóa chất bẩn Phục hồi trạng thái ban đầu

 Vùng V: vùng chất lượng nước đươc phục hồi

Quá trình tự làm sạch bao gồm 2 quá trình:

 Xáo trộn, pha loãng: chủ yếu tại vùng I và II

 Quá trình phân hủy, chuyển hóa: chủ yếu ở vùng III và IV

2 Dấu hiệu nguồn nước nhiễm bẩn:

 Xuất hiện chất nổi trên bề mặt và cặn lắng ở đáy

 Thay đổi tính chất vật lý (màu sắc, mùi vị )

 Thay đổi thành phần hóa học (số lượng chất hữu cơ, phản ứng, chất khoáng và chất độc )

 Lượng oxy hòa tan giảm xuống

 Thay đổi hình dạng và lượng vi trùng gây bệnh

Nguồn nước bị nhiễm bẩn sẽ dẫn đến tình trạng mất cân bằng sinh thái Do đó, nguồn nước tự điều chỉnh để tái lập lại trang thái ban đầu gọi là quá trình tự làm sạch

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước:

 Nồng độ oxy hòa tan trong nước: nếu càng cao thì nước sông càng dễ tự làm sạch

 Loại và lượng các chất ô nhiễm trong nước: phải là chất ô nhiễm hữu cơ để phân hủy sinh học và lượng chất ô nhiễm không quá nhiều vượt khả năng phân hủy của

vi khuẩn trong nước sông

 Loại và số lượng của vi khuẩn và vi sinh vật trong nước sông nếu phong phú thì sẽ tăng nhanh tốc độ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm và làm tăng khả năng tự làm sạch của nước sông

 Nhân tố khí tượng như nhiệt độ, gió nhiệt độ của nước càng cao càng thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học, tốc độ gió càng lớn sẽ tăng sự xáo trộn trên bề mặt nước, taọ điều kiện cho oxy không khí khuếch tán vào nước, từ đó tăng khả năng tự làm sạch của nước

 Điều kiện dòng chảy như lưu lượng nước, tốc độ nước: lưu lượng nước sông lớn thì khả năng pha loãng, tốc dộ nước lớn sẽ tăng sự khuếch tán oxy từ không khí vào nước, từ đó khiến cho nước sông dễ làm sạch hơn

 Điều kiện mặt cắt sông: sông rộng nhưng nông sẽ tạo điều kiện cho oxy thâm nhập nhiều hơn từ không khí vào nước và làm tăng kc1hả năng tự làm sạch của nước

4 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 Mặt khác, tỉ lệ giữa lưu lượng nước thải và lưu lượng nươvs nguồn càng lớnthì khoảng cách từ cống xả đén điểm tính toán (là nơi đã thực hiện quá trình xáo trộn hoàn toàn) sẽ càng lớn

Sự tương quan giữa lưu lượng nguồn và lưu lượng nước thải là yếu tố quan trọng trong quá trình tự làm sạch: gọi là hệ số pha trộn n:

 C: hàm lượng bẩn của nước thải

 Cng: hàm lượng bẩn của nguồn

 Cgh: hàm lượng bẩn sau khi hòa trộn (yêu cầu)

 Q: lưu lượng nước nguồn

 Q: lưu lượng nước thải xả vào nguồn

Sự hòa tan oxy (DO) cũng là yếu tố quan hệ mật thiết đến quá trình tự làm sạch

Thực tế không phải tất cả lưu lượng nước nguồn tham gia vào quá trình xáo trộn mà chỉ một phần nào đó mà thôi Phần nước nguồn tham gia vào quá trình được đăc trưng bởi hệ số xáo trộn

Khoảng cách từ cống xả đến vị trí xáo trộn hoàn toàn được tính theo công thức:

 l: Khoảng ách từ cửa xả đến mặt cắt tính toán (m)

 𝛼: Hệ số có tính ảnh hưởng thủy lực

𝛼 = 𝜑√𝐸

𝑞3

 Htb: Chiều sâu trung bình dòng chảy

 m: Tỷ lệ giữa vận tốc dòng chảy nguồn và nước thải qua miệng xả

 c: Nồng độ nhiễm bẩn của nước hồ chứa

Lưu ý: Từ công thức trên ta thấy hệ số 𝛾 tiến tới đơn vị khoảng cách l dài ra vô cùng Một

khoảng như thế trong thực tế là không có Chính vì vậy người ta chỉ xác định cho một khoảng cách nào đó để nguồn nước có thể tham gia được 70-80% lưu lượng vào quá trình xáo trộn đối với những nguồn nước nhỏ và 0.25-0.3 đối với những nguồn nước trung bình và lớn

5 Ảnh hưởng của dòng chảy tới khả năng tự làm sạch của nguồn nước:

Khi sự ô nhiễm diễn ra bởi quá nhiều chất hữu cơ thì sẽ thấy rõ và phân biệt được các vùng ô nhiễm và vùng phục hồi Mỗi vùng được đặt trưng bởi các điều kiện hóa lý, sinh mà

có thể quan sát kiểm tra đánh giá được

Các vùng đó là:

 Vùng phân hủy: được hình thành ngay sau nguồn nước thải và đượ biểu

hiện bởi độ đục và màu đen của nước Ở đây sẽ diễn ra sự phân hủy kỵ khí,

sự tiêu thụ oxy tăng nhanh, xuất hiện CO2 và NH4 Các dạng sinh vật bậc

cao đạc biệt là cá sẽ bị chết hoặc là chúng phải rời đi nơi khác Nấm có thể hình thành và xuất hiện thành khối màu nâu trắng hoặc màu xám như những chiếc đũa nhỏ và chìm xuống, vi khuẩn xuất hiện ít hơn nấm Trong cặn lắng có một loài ấu trùng roi, loài này nuốt cặn và thải cặn ra ở dạng ổn định và ngược lại các sinh vật khác sử dụng

 Vùng phân hủy mạnh: vùng này thấy rất rõ khi nước bị ô nhiễm nặng và đặc

trưng bởi sự vắng mật của oxy hòa tan, diễn ra sự phân hủy kỵ khí Do kết quả của sự phân hủy 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 biết 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 hủy kỵ khí dưới đáy hoặc trong dòng nước chuyển động

Vì nhu cầu tiêu thụ oxy 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 oxy hòa 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 Nito và CO2 rồi giải phóng oxy giúp cho việc làm thoáng và hòa tan oxy mạnh mẽ hơn Tiếp theo, nhu cầu tiêu thụ oxy giảm, các loài khêu tảo cũng ít hơn, xuất hiện các loài nguyên sinh động vật, nhuyễn thể, các thực vật nước, quần thể các cũng ổn định dần

và tìm thức ăn trong vùng này

 Vùng nước trong: ở đây dòng nước đã trở lại trạng thái tự nhiên và có các

loại phù du thông thường của nước sạch Do ảnh hưởng của độ phì dưỡng

do ô nhiễm trước đây cho nên các loại phù du sẽ xuất hiện với số lượng lớn Nước trở lại trạng thái cân bằng oxy - lượng oxy hòa tan lớn hơn oxy tiêu thụ - trạng thái ban đầu của nước đã được phục hồi hoàn toàn

Trong quá trình phục hồi, coliforms và các sinh vật gây bệnh cũng đã giảm về số lượng vì môi trường không thuận lợi cho chúng và xuất hiện những sinh vật chủ đạo Tuy nhiên một số loài gây bẹnh còn tồn tại trong vùng nước trong, do đó nước thể vẫn còn bị ô

nhiễm bởi vi khuẩn gây bệnh và không thể dùng cho ăn uống, sinh hoạt nếu không được xử

lý

Khả năng tự làm sạch của nước sẽ diễn ra không đạt kết quả khi trong nước thải có chứa các chất độc hại đới với sự sống của các sinh vật, quá trình tự làm sạch của nước diễn ra khi các chất độc hại trong nước bị tiêu tan hoặc pah loãng hay lý do nào khác Vì vậy cần phải giám sát chặt chẽ hàm lượng các chất độc hại trong nước thải

III MỘT SỐ MÔ HÌNH DỰ BÁO Ô NHIỄM

Hiện nay có nhiều mô hình dự báo ô nhiễm nguồn nước đang được sử dụng ở Việt Nam như: IPC, QUAL, QUAL2EU, QUAL2K, BASIN, SWAT Nhìn chung có thể phân chia mô hình chất lượng nước sông thành 3 nhóm:

Nhóm 1: Mô hình dùng để đánh giá nhanh

 Dự báo chất lượng nước sông ở trạng thái ổn định (steady state)

 Dữ liệu đầu vào tương đối đơn giản

 Hỗ trợ nhanh trong việc ra quyết định

 Các mô hình như IPC

Nhóm 2: Mô hình dự báo chất lượng nước không tích hợp trên nền GIS

 Dự báo chất lượng nước sông theo thời gian (dynamic)

 Dữ liệu đầu vào tương đối phức tạp

 Có nhiều thông số động học, thông số thực nghiệm cần phải nghiên cứu theo thời gian

để hoàn thiện mô hình

 Các mô hình như QUAL, QUAL2EU, QUAL2K

Nhóm 3: Mô hình dự báo chất lượng nước tích hợp trên nền GIS

 Dự báo chất lượng nước sông theo thời gian (dynamic)

 Tích hợp các lớp thông tin đầu vào cho mô hình như: địa hình mạng lưới sông suối

 Hiển thị kết quả về không gian trên nền GIS

 Dữ liệu đầu vào tương đối phức tạp

 Có nhiều thông số động học, thông số thực nghiệm cần phải nghiên cứu theo thời gian

để hoàn thiện mô hình

 Các mô hình như BASIN, SWAT

 Các đặc trưng chính

 Mô hình gồm các môđun độc lập và 1 môđun liên kết

Mô hình chất lượng nước sông (BOD, COD, DO, Coliform, chất ô nhiễm được coi không bị biến đổi)

Mô hình chất lượng nước hồ (chủ yếu là BOD và dinh dưỡng N, P)

Riêng mô hình tính toán chi phi kinh tế hỗ trợ ra quyết định được liên kết với các môđun trên

 Nguồn diện và nguồn điểm

 Danh sách các loại ngành nghề được phân loại và liệt kê trong mô hình, quản lý dướ i dạng các ISIC Cơ sở dữ liệu về các ngành sản xuất cho phép cập nhật

 Quá trình tính toán tải lượng ô nhiễm phát thải từ các ngành nghề, các nhà máy,dự án sử dụng bảng hệ số phát thải của Tổ chức Y tế Thế giới

 Bảng hệ số này được thiết lập sẵn trong mô hình và cho phép cập nhập để phù hợp cho từng địa phương

 Kết quả dữ liệu đầu ra ở dưới dạng các bảng dữ liệu, đồ thị và có thể xuất qua GIS dưới dạng Atlas

 Các thông số đầu vào chính

 Mô hình chất lượ ng nước sông

Chế độ thủy lực của sông

Hiện trạng chất lượ ng nước sông

Tiêu chuẩn chất lượ ng mong muốn

Các nguồn điểm (lưu lượ ng, tải lượ ng ô nhiễm)

Các nguồn diện (non-point source)

Qui mô phát triển kinh tế xã hội

 Mô hình chất lượng nước hồ

Diện tích hồ

Hiện trạng chất lượng nước hồ

Tiêu chuẩn chất lượng mong muốn

Các nguồn thải vào hồ

 Mô hình tính toán chi phí kinh tế hỗ trợ ra quyết định: các thông tin kinh tế tối thiểu yêu cầu trong mô hình

Giá nhân công

Giá năng lượ ng (điện) Giá vật tư chuyên dùng như nước giải nhiệt, xử lý nước cấp, dầu DO, xăng, than hoạt tính

 Kết quả

 Tỷ trọng gây ô nhiễm của từng nguồn- bảng có thể xuất ra phần mềm excel

 Chế độ kinh tế kiểm soát ô nhiễm tổng hợp (long-run)-đồ thị

 Mô hình chất lượ ng nước sông

Đánh giá tải tượng ô nhiễm cho phép thải vào sông

Dự báo biến đổi chất lượng nước sông ở trạng thái steady state Xây dựng các k ịch bản cắt giảm tải lượng ô nhiễm

Tính toán tải lượ ng cần cắt giảm của từng nguồn thải để chất lượng nước sông đạt tiêu chuẩn mong muốn

Tính toán kinh tế của các giải pháp cắt giảm tải lượng ô nhiễm đối vớ i từng nguồn thải khác nhau bằng các phương pháp khác nhau như xử lý hóa lý, xử

lý bậc 1, xử lý bậc 2, xử lý bậc 3 …

 Mô hình chất lượng nước hồ

Đánh giá tải tượng ô nhiễm cho phép thải vào hồ

Dự báo biến đổi chất lượng nước hồ ở trạng thái steady state

2 Nhóm mô hình 2 - Mô hình QUAL2K

Mô hình QUAL2K là một phiên bản của mô hình QUAL2E, được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic chạy trên môi trường Excel Mô hình nàyđượ c phát triển do sự hợp tác giữa trườngĐại Học Tufts University và Trung tâm Mô hình Chất lượng Nước của Cục Môi Trường Mỹ(US.EPA) Mô hình được sử dụng rộng rãi để dự báo diễn biến chất lượng nước sông và dự đoán tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông

Mô hình QUAL2K cho phép mô phỏng 15 thành phần thông số chất lượng nước sông bao gồm độ dẫn điện, chất rắn lơ lửng vô cơ , BOD5, DO, tảo dưới dạng chlorophyll, nitơ hữu

cơ (N – hữu cơ ), amoni (N-NH4), nitrat (N-NO3), phốt pho hữu cơ (P – hữu cơ ), phốt pho

vô cơ (P), thực vật phiêu sinh (Phytoplankton), vi sinh gây bệnh, mảnh vụn tế bào (dentritus),độ kiềm và tổng cacbon vô cơ

Mô hình có thể áp dụng cho các sông nhánh xáo trộn hoàn toàn Với giả thiết rằng các

cơ chế vận chuyển chính của dòng là lan truyền và phân tán dọc theo hướng chính của dòng (trục chiều dài của dòng và kênh) Mô hình cho phép tính toán với nhiều nguồn thải, các

điểm lấy nước cấp, các nhánh phụ và các dòng thêm vào và lấy ra Môhình QUAL2K cũng

có thể tính toán lưu lượng cần thiết thêm vào để đạt được giá trị ôxy hoà tan theo tiêu chuẩn Phạm vi ứng dụng: Mô hình QUAL2K được áp dụng rộng rãi trong việc dự báo diễn biến chất lượng môi trường nước ở các sông suối và dự đoán tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông với các k ế hoạch hành động khác nhau hỗ trợ công tác qui hoạch, bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước mặt

Điều kiện biên:

 Hệ thống sông được chia thành các đoạn sông (reaches), trong đó chế độ thủy lực, hằng số tốc độ phản ứng, các điều kiện ban đầu, các số liệu về lưu lượng bổ sung là không đổi cho tất cả các phân tử tính toán trong một đoạn sông

 Không xét dòng triều trong quá trình tính toán và dự báo của mô hình

 Giả thiết rằng các cơ chế vận chuyển chính của dòng là là lan truyền và phântán dọc theo theo hướng chính của dòng (trục chiều dài của dòng và kênh)

Cơ sở toán học của mô hình:

 Mô hình QUAL2K mô phỏng cân bằng lưu lượng theo hình sau:

Cân bằng lưu lượng trong mô hình QUAL2K

 Phương trình cân bằng lưu lượng như sau:

Qi = Qi-1 + Q vào, i - Q ra, i

Hình A: Sự phân đoạn dòng sông trong mô hình QUAL2K

Trong mỗi đoạn sông sẽ được chia thành các phân tử tính toán Hình A biểu diễn một đoạn sông (n) được chia ra thành các phân tử tính toán, mỗi phân tử tính toán có chiều dài Δx Đối với mỗi phân tử tính toán, viết phương trình cân bằng lưu lượng các dòng vào phân tử từ thượng nguồn (Qi-1), lưu lượng nước lấy ra (Qxi) và lưu lượng nước đi ra phân tử (Qi) ở hạ nguồn Tương tự ta cũng có thể viết phương trình cân bằng vật chất cho một thành phần vật chất C đối với phân tử này Trong phương trình cân bằng vật chất chúng ta xem cả hai yếu tố vận chuyển (Q.C) và khuyếch tán ((A.DL.∂x)/Δx∂x) như là những động lực vận chuyển vật chất dọc theo trục hướng dòng chảy Vật chất có thể được thêm vào hoặc lấy ra khỏi hệ thống hoặc loại bỏ bởicác nguồn bên ngoài và các nguồn bên trong như quá trình lắng đọng, quá trình chuyển hóa sinh học và động vật đáy Mỗi phân tử tính toán được xem

là xáo trộn hoàn toàn

Như vậy, dòng chảy có thể được quan niệm như là chuỗi các phân tử tính toán xáo trộn hoàn toàn, chúng liên k ết với nhau bằng cơ chế vận chuyển và khuyếch tán như đã nói trên Một nhóm liên tục các phân tử này có thể được xácđịnh như là một đoạn sông mà trong đó các phân tử tính toán có cùng đặc trưng thủy lực và hình học như: độ dốc lòng sông, mặt cắt ngang dòng chảy, hệ số nhám, hằng số tốc độ phản ứng BOD, tốc độ lắng của tảo

Phương trình cơ bản để tính toán trong QUAL2K là đạo hàm theo không gian và thời gian đối với mỗi thành phần chất lượng nước Phương trình này bao gồm ảnhhưởng của sự lan truyền, phân tán, pha loãng, phản ứng trao đổi của các thành phần với nhau, các nguồn và sự trầm lắng của các thành phần này

Đối với bất kỳ thành phần nào, phương trình tổng quát có thể được viết như sau:

Điểm lấy nước

(I) :Đặc trưng cho sự biến thiên khối lượng (hay lưu lượng) theo thời gian (II) :Đặc trưng cho sự khuyếch tán

(III) :Đặc trưng cho sự lan truyền

(IV) : Đặc trưng cho sự biến thiên thành phần (nồng độ) theo thời gian (V) :Đặc trưng cho các nguồn từ bên ngoài và sự lắng đọng của các chất Trong đó:

Các thông số đầu vào mô hình QUAL2K bao gồm các nhóm thông sốcơ bản sau:

 Đặc trưng hình thái, thủy lực/thuỷ văn

 Hiện trạng chất lượng nước sông

 Đặc trưng hệ thủy sinh

 Các thông số về nguồn xả thải