Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông cầu bây – hà nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp

Việc đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông Cầu Bây, nghiên cứu được giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho nước thải lưu vực sông Cầu Bây có ý nghĩa quan trọng.. Vì vậy, một trong những m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI,

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI,

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP

Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước

Mã số: 62-85-02-05

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS.TS Vũ Đức Toàn

2 PGS.TS Nguyễn Phương Mậu

HÀ NỘI, NĂM 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Nguyễn Phương Quý

ii

LỜI CÁM ƠN

Tác giả xin trân trọng cám ơn PGS.TS Vũ Đức Toàn, PGS.TS Nguyễn Phương Mậu

và các cán bộ bộ môn Quản lý Môi trường, Khoa Môi trường và các thành viên trong các hội đồng bảo vệ Tiểu luận tổng quan, chuyên đề, hội thảo khoa học đã đóng góp ý kiến cho nghiên cứu của tôi Tôi cũng xin được cảm ơn ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng và Thương mại Phú Điền, Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Môi trường SFC Việt Nam đã tạo cho tôi có điều kiện được thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm thuận lợi Xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt là gia đình đã luôn động viên, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành Luận án Tiến sĩ này

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4

3.1 Đối tượng nghiên cứu 4

3.2 Pha ̣m vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Nội dung nghiên cứu 5

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

6.1 Ý nghĩa khoa học 6

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

7 Cấu trúc của luận án 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Hiện trạng, kết quả nghiên cứu trước đây về sông Cầu Bây 8

1.2 Lịch sử hệ thống thoát nước, thu gom nước thải đô thị 12

1.2.1 Ở các nước trên thế giới 12

1.2.2 Tại Việt Nam và lưu vực sông Cầu Bây 15

1.3 Các thông số ô nhiễm chủ yếu, các quy định về chất lượng môi trường 18

1.3.1 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước thải đô thị và của nước thải lưu vực sông Cầu Bây 18

1.3.2 Các quy định chất lượng nước và trầm tích sông, nước thải, bùn thải 22

1.3.2.1 Chất lượng nước sông 22

1.3.2.2 Chất lượng trầm tích 23

1.3.2.3 Chất lượng nước thải sau xử lý 23

1.3.2.4 Chất lượng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải 25

1.4 Đặc tính chung của nước thải đô thị, đặc thù tại Việt Nam 25

1.4.1 Đặc tính chung của nước thải đô thị 25

1.4.2 Đặc thù nước thải đô thị Việt Nam 28

1.5 Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đô thị 34

1.5.1 Các công nghệ xử lý nước thải đô thị trên thế giới 34

1.5.2 Các công nghệ xử lý nước thải đô thị đang áp dụng tại Việt Nam 38

1.6 Kết luận Chương 1 44

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN, GIẢ THUYẾT, PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 45

2.1 Các cơ sở khoa học 45

2.1.1 Cơ sở quá trình xử lý thông số COD, BOD5: 45

iv

2.1.2 Cơ sở quá trình xử lý thông số TN, NH3: 46

2.1.3 Cơ sở quá trình xử lý thông số TP: 47

2.1.4 Cơ sở quá trình xử lý thông số SS và PCB 48

2.1.5 Cơ sở thực tiễn các công nghệ đã áp dụng tại Việt Nam 49

2.1.6 Các quá trình phản ứng, cơ sở tính toán thiết kế công nghệ SBR 55

2.1.6.1 Mô tả công nghệ SBR 55

2.1.6.2 Cơ sở tính toán thiết kế công nghệ SBR 59

2.2 Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 62

2.2.1 Mô tả nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 62

2.2.2 Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 66

2.3 Giả thuyết trên cơ sở khoa học và từ thực tiễn, thiết lập quy trình công nghệ 68 2.3.1 Các giả thuyết 68

2.3.2 Mô tả mô hình được thiết lập cho công nghệ mới (L-SBR) 69

2.4 Trình tự thực hiện và mô tả các thí nghiệm 72

2.5 Các phương tiện, mô hình thí nghiệm 74

2.5.1 Vị trí, thời gian lấy mẫu 74

2.5.2 Phương tiện đo đạc, lấy mẫu hiện trường 75

2.5.3 Tính toán thiết kế, mô tả vận hành mô hình bể thí nghiệm 77

2.6 Kết luận Chương 2 79

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU BÂY 80

3.1 Lưu lượng nước thải 80

3.2 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước sông Cầu Bây 81

3.3 PCB trong trầm tích sông Cầu Bây 83

3.3.1 Hiện trạng ô nhiễm PCB trong trầm tích sông Cầu Bây 83

3.3.2 Đánh giá thành phần các đồng phân của PCB trong trầm tích sông Cầu Bây 87

3.4 Khả năng ảnh hưởng đến sinh thái do tồn lưu PCB trong trong trầm tích sông Cầu Bây 88

3.5 Nước thải lưu vực sông Cầu Bây 89

3.6 Kết luận Chương 3 92

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 93

4.1 Kết quả các thí nghiệm nghiên cứu, thảo luận 93

4.1.1 Nghiên cứu biến thiên hiệu suất xử lý N trong quá trình điều chỉnh MLSS và lưu lượng xử lý tại nhà máy XLNT Yên Sở 93

4.1.2 Thí nghiệm 1: xác định MLSS tối ưu cho xử lý TN khi không bổ sung C từ bên ngoài 95

4.1.3 Thí nghiệm 2: nghiên cứu hiệu suất xử lý các thông số bởi mô hình L-SBR khi duy trì MLSS ở mức tối ưu 99

v

4.2 Tính toán thiết kế, đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng công nghệ L-SBR

108

4.3 Kết luận Chương 4 113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI ̣ 114

1 Kết quả đạt được của luận án 114

1.1 Kết quả đạt được trong nghiên cứu tổng quan 114

1.2 Kết quả đạt được trong nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn, giả thuyết 114

1.3 Kết quả đạt được trong nghiên cứu về nước và trầm tích sông Cầu Bây115 1.4 Kết quả đạt được trong nghiên cứu giải pháp công nghệ 115

2 Những đóng góp mới của luận án 116

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 116

4 Kiến nghi ̣ 116

DANH MỤC CÔNG TRÌNH, BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

PHỤ LỤC 127

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1-1 Bản đồ lưu vực sông Cầu Bây 11

Hình 1-2 Mô hình giếng tách (CSO) và hệ thống thu gom chung 13

Hình 1-3 Thành phần các chất ô nhiễm chủ yếu trong các nguồn nước thải 20

Hình 1-4 BOD5 và các tỷ lệ với TN, TP của nước thải các nhà máy XLNT Việt Nam 32

Hình 1-5 Phân bố số lượng, % các nhà máy XLNT Việt Nam theo BOD5:TN 33

Hình 1-6 Sơ đồ mô tả công nghệ CAS 40

Hình 1-7 Sơ đồ mô tả công nghệ A2O 40

Hình 1-8 Sơ đồ mô tả công nghệ OD 40

Hình 1-9 Sơ đồ mô tả công nghệ TF 40

Hình 1-10 Sơ đồ mô tả công nghệ SBR 41

Hình 1-11 Sơ đồ mô tả công nghệ hồ 41

Hình 2-1 Sơ đồ xử lý P trong quá trình bùn hoạt tính 48

Hình 2-2 Phân bố số lượng, công suất các công nghệ áp dụng tại Việt Nam 52

Hình 2-3 Suất chiếm đất một số nhà máy XLNT tại Việt Nam 53

Hình 2-5 Suất đầu tư một số nhà máy XLNT tại Việt Nam 53

Hình 2-6 Chi phí vận hành một số nhà máy XLNT tại Việt Nam 54

Hình 2-7 Các pha phản ứng SBR nhóm (A) (SBR cơ bản) 57

Hình 2-8 Các pha phản ứng SBR nhóm (B) 57

Hình 2-9 Các pha phản ứng SBR nhóm (C): SBR cải tiến / C-Tech 58

Hình 2-10 Các pha phản ứng SBR nhóm (D) 58

Hình 2-11 Các pha phản ứng L-SBR 58

Hình 2-11 Ký hiệu mức nước, thời gian các pha trong chu kỳ của SBR/C-Tech 60

Hình 2-12 Các giai đoạn (pha) của SBR cơ bản và SBR/C-Tech 63

Hình 2-15 Sơ đồ công nghệ, bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT Yên Sở 64

Hình 2-14 Mô tả các pha bể SBR/C-Tech và L-SBR 70

Hình 2-16 Các giai đoạn vận hành L-SBR 71

Hình 2-18 Mô hình thí nghiệm công nghệ L-SBR 79

Hình 3-1 Biến thiên lưu lượng nước thải lưu vực sông Cầu Bây 80

Hình 3-2 Nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước sông Cầu Bây 83

Hình 3-3 Nồng độ PCB trong các mẫu trầm tích sông Cầu Bây 85

Hình 3-4 Phân bố của các DL-PCB có độc tính cao trong trầm tích sông Cầu Bây 86

Hình 3-5 Phần trăm trung bình của PCB chỉ thị so với tổng 6 PCB 88

Hình 3-6 Giá trị TEQ của các mẫu trầm tích sông Cầu Bây 89

Hình 4-1 Các pha phàn ứng bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT Yên Sở 93

Hình 4-2 BOD5, TN của nhà máy XLNT Yên Sở trong thời gian nghiên cứu 94

Hình 4-3 TN xử lý được biến thiên theo F(N)/M tại nhà máy XLNT Yên Sở trong thời gian nghiên cứu 95

vii

Hình 4-4 BOD5, SS, TN, MLSS trong thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR

96

Hình 4-5 SVI, MLSS trong thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR 97

Hình 4-6 TN xử lý được biến thiên theo F(N)/M trong thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech và L-SBR 98

Hình 4-7 Hình ảnh thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR 99

Hình 4-8 BOD5 trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 100

Hình 4-9 COD trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 100

Hình 4-10 SS trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 101

Hình 4-11 NH4+-N trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 101

Hình 4-12 TN trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 102

Hình 4-13 TP trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 102

Hình 4-14 PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 103

Hình 4-15 Biến thiên BOD5 trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 104

Hình 4-16 Biến thiên NH4+-N trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 104

Hình 4-17 Biến thiên TN trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 105

Hình 4-18 Biến thiên TP trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR 105

Hình 4-19 TN được xử lý biến thiên theo F(N)/M trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 105

Hình 4-20 Hiệu suất xử lý ∑PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR 107

Hình 4-21 Hiệu suất xử lý PCB theo nồng độ PCB trong nước thải chưa xử lý trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR 107

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 Quy chuẩn cho phép đối với nước sông Cầu Bây 23

Bảng 1-2 Quy chuẩn cho phép đối với nước thải sau xử lý của lưu vực sông Cầu Bây 24

Bảng 1-3 Phân loại 4 mức theo độ đậm đặc của nước thải sinh hoạt 26

Bảng 1-4 Phân loại 3 mức theo độ đậm đặc của nước thải sinh hoạt 27

Bảng 1-5 Tải lượng ô nhiễm theo đầu người của các nước và Hà Nội 27

Bảng 1-6 Đặc tính nước thải đô thị thu gom chung 28

Bảng 1-7 Nồng độ các thông số theo thiết kế và thực tế vận hành trong nước thải chưa xử lý của các nhà máy XLNT tại Việt Nam 30

Bảng 1-8 Ước tính BOD5, SS của nước thải sinh hoạt lưu vực sông Cầu Bây 30

Bảng 1-9 Quy trình công nghệ xử lý nước thải đô thị 34

Bảng 1-10 Các công nghệ xử lý sinh học 35

Bảng 1-11 Thống kê các công nghệ xử lý nước thải đô thị theo EPA 37

Bảng 2-1 Sự khác nhau cơ bản về pha phản ứng của các nhóm SBR 59

Bảng 2-2 Chu kỳ vận hành bể SBR/C-Tech của Nhà máy XLNT Yên Sở 64

Bảng 2-3 Các thông số thiết kế và thực tế vận hành tại nhà máy XLNT Yên Sở 65

Bảng 2-4 Khác nhau chính giữa L-SBR so với SBR cơ bản, SBR/C-Tech 72

Bảng 2-5 Tính toán thiết kế mô hình SBR/C-Tech, L-SBR 78

Bảng 3-1 Lưu lượng nước thải lưu vực sông Cầu Bây 80

Bảng 3-2 Nồng độ trung bình 4 đợt phân tích các thông số trong nước sông Cầu Bây 82 Bảng 3-3 PCB trong các mẫu trầm tích sông Cầu Bây 84

Bảng 3-4 Nồng độ ΣPCB trong trầm tích tại một số nơi trên thế giới 86

Bảng 3-5 Nồng độ DL-PCBs trong trầm tích tại một số nơi trên thế giới 86

Bảng 3-6 Phần trăm của 6PCB chỉ thị so với PCB tổng trong một số thương phẩm 87

Bảng 3-7 Kết quả phân tích nước thải lưu vực Sông Cầu Bây 90

Bảng 4-1 Các mức MLSS tối ưu 97

Bảng 4-2 SVI, MLSS trong thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR 97

Bảng 4-3 Lượng TN được xử lý theo MLSS, F(N)/M 99

Bảng 4-4: Nồng độ PCB qua các công đoạn xử lý 107

Bảng 4-5 Tính toán chi phí đường dùng để bổ sung nguồn C cho nhà máy XLNT Yên Sở đạt được QCVN cột A 109

Bảng 4-6 Tỷ lệ f(C/N) theo kết quả thí nghiệm trên mô hình L-SBR 110

Bảng 4-7 Tỷ lệ (C/N) tối ưu trong nước thải, bùn được sử dụng để xử lý N 110

Bảng 4-8 Yếu tố hiệu quả, fC/N của các công nghệ 110

Bảng 4-9 TNvào tối đa để TNra đạt QCCP tương ứng tỷ lệ BOD5:TN khác nhau 111

ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AS Activated sludge: Bùn hoạt tính

AO Anaerobic Aerobic: Công nghệ gồm 2 quá trình yếm khí và hiếu khí

A2O Anaerobic Anoxic Oxic: Công nghệ gồm 3 quá trình yếm khí, thiết khí, hiếu khí

bA Hệ số phân rã nội sinh tự dưỡng

bH Hệ số tỷ lệ hô hấp nội sinh

BOD5 Biological Oxygen Demand: Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày

BOD5,vào BOD5 trong nước thải chưa xử lý

BOD5,ra BOD5 trong nước thải sau xử lý

BOD5:TN Tỷ lệ nồng độ thông số BOD5 so với thông số TN

BOD5:TP Tỷ lệ nồng độ thông số BOD5 so với thông số TP

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

CAS Convetional Activated Sludge: Công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính truyền

thống dạng liên tục

COD Chemical Oxygen Demand: Nhu cầu oxy hoá học

CODvào COD trong nước thải chưa xử lý

CODra COD trong nước thải sau xử lý

COD:BOD5 Tỷ lệ nồng độ thông số COD so với thông số BOD5

CSI Phần có thể phân hủy sinh học trong COD (mg/l)

CSO Combined Sewage Overflow: (Giếng tách) chảy tràn cống chung (hay còn gọi

là Giếng tách)

C-Tech Một kiểu công nghệ SBR cải tiến

DL-PCB Dioxin-like PCB: PCB đồng phẳng

E Hiệu suất xử lý (các thông số ô nhiễm) ETN ứng với thông số TN, EBOD ứng

với thông số BOD5 EPA Environmental Protection Agency (of United State): Cơ quan bảo vệ môi

trường (của Hoa Kỳ)

fC/N Hiệu xử lý TN của từng công nghệ theo tỷ lệ BOD5:TN

fE Phần trơ bùn vi sinh

F/M Tỷ số thức ăn (BOD5) được cung cấp trên lượng vi sinh vật trong bể sục khí

F(N)/M Tỷ số tổng N Kjeldahl được cung cấp trên lượng vi sinh vật trong bể sục khí HAc Axit axetic (CH3COOH)

iSS,COD Hệ số chuyển đổi COD trong SS (gSS/gCOD)

x

KCN Khu công nghiệp

kf Hệ số nguồn tiếp nhận (áp dụng trong các QCVN)

kq Hệ số lưu lượng (áp dụng trong các QCVN)

L-SBR (Công nghệ do nghiên cứu sinh nghiên cứu và đặt tên) Low carbon source -

Sequencing Batch Reactor: Giải pháp công nghệ cho nước thải có nguồn C thấp, phát triển trên cơ sở công nghệ SBR

M1÷11 Ký hiệu các điểm lấy mẫu trong sông Cầu Bây

Max Maximum hay tối đa

Min Minimum hay tối thiểu

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids: hỗn hợp chất rắn (bùn hoạt tính) lơ lửng

NH4+-Nvào NH4+-N trong nước thải chưa xử lý

NH4+-Nra NH4+-N trong nước thải sau xử lý

NOx NO2- và NO3-

NOX Khả năng nitrat hóa (mgN/l)

ORT Total Oxygen Riquirement: Tổng nhu cầu oxy

PAO Phosphorus Accumulating Organisms: Vi sinh vật tích lũy P

PBDE Chất POP: Polybrominated diphenyl ethers

PCB Chất POP: polychlorinated biphenyl

PCBvào PCB trong nước thải chưa xử lý

PCBra PCB trong nước thải sau xử lý

∑PCB Tổng PCB

Tổng 6 PCB gồm PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180

PHB poly‐β‐hydroxybutyrate

POP Persistent Organic Pollutant: Chất hữu cơ khó phân hủy

PXT Lượng bùn sinh học sinh ra (kg/ngày)

Q Lưu lượng nước thải

QCCP Quy chuẩn cho phép – là các thông số thỏa mãn các quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện

hành (đối với trường hợp cụ thể được đề cập)

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

RAS Recycle Activated Sludge: Bùn hoạt tính hồi lưu

xi

SBR Sequencing Batch Reactor: Bể phản ứng theo mẻ

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition: Hệ thống giám sát điều khiển và

thu thập dữ liệu

SS Suspended Solid: Chất rắn lơ lửng

SSvào SS trong nước thải chưa xử lý

SSra SS trong nước thải sau xử lý

SVI Chỉ số lắng của bùn (ml/g)

TA Thời gian hiếu khí (của một chu kỳ SBR)

TAN Thời gian yếm khí (của một chu kỳ SBR)

TAOX Thời gian thiếu khí (của một chu kỳ SBR)

TC Tổng thời gian của 1 chu kỳ bể SBR

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TEF Toxic equipvalent factor: Hệ số độ độc tương đương

TF Tricking filter: Lọc (sinh học) nhỏ giọt

TN Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl)

TNvào TN trong nước thải chưa xử lý

TNra TN trong nước thải sau xử lý

TOC Total Organic Carbon: Tổng hàm lượng C hữu cơ

TP Nồng độ P tổng số

TPvào TP trong nước thải chưa xử lý

TPra TP trong nước thải sau xử lý

TS+D Thời gian lắng + rút nước (của một chu kỳ SBR)

EX Tuổi bùn hiệu dụng (trong thời gian hiếu khí (TA) + thiếu khí (TAOX)

VW Tổng bùn phải thải bỏ mỗi chu kỳ (của bể SBR)

WAS Wastage Activated Sludge: Bùn hoạt tính (dư) thải sau quá trình xử lý sinh học

X Ký hiệu nồng độ thông số ô nhiễm trong nước thải

xii

XFS1 Nồng độ chất rắn cố định trong nước thải vào (mg/l)

XI1 Phần trơ trong COD (mgCOD/l)

XLNT Xử lý nước thải

XNO Nồng độ NO3—N trong nước thải sau xử lý (mg/l)

YA Hệ số năng suất tự dưỡng

YH Hệ năng suất dị dưỡng

YNA Năng suất tự dưỡng thực

YNH Năng suất dị dưỡng thực

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của các đô thị thường gắn liền với các con sông Lịch sử hệ thống thoát nước

và xử lý nước thải đô thị cho thấy cơ bản diễn ra theo một tiến trình chung là “ô nhiễm trước, xử lý sau” Khi đô thị chưa phát triển, nước thải chưa nhiều nên các sông tiếp nhận nước thải đô thị có khả năng tự làm sạch bằng phân hủy tự nhiên các chất ô nhiễm Đô thị phát triển, lượng nước thải tăng vượt quá khả năng tự làm sạch, gây ô nhiễm các con sông Hầu như chỉ khi tình trạng ô nhiễm có tác động đáng kể đến cuộc sống thì con người mới bắt đầu tìm kiếm giải pháp xử lý Công tác cải thiện môi trường cho các sông ô nhiễm thực hiện bằng thu gom nước thải, xử lý đạt quy chuẩn trước khi xả vào sông hoặc các nguồn tiếp nhận khác

Quá trình đô thị hóa tại Việt Nam đang diễn ra nhanh chóng hơn bao giờ hết kể từ khi đổi mới năm 1986 Tuy nhiên, cho đến nay mới chỉ có 10% lượng nước thải đô thị được thu gom và xử lý, mới chỉ có khoảng 30 nhà máy xử lý nước thải (XLNT) đô thị được xây dựng và đang vận hành Những con sông bắt nguồn từ các khu vực trong đô thị nay đã trở thành nơi thoát nước thải chưa xử lý, trở thành “cống thoát chung nước thải, nước mưa

đô thị” Sông Cầu Bây là một trong những con sông đã trở thành “cống thoát chung nước thải, nước mưa đô thị”, đang bị ô nhiễm nghiêm trọng

Cầu Bây là sông đào, các kênh nhánh phía thượng lưu bắt nguồn từ các phường Gia Thụy,

Bồ Đề, Giang Biên, Việt Hưng thuộc quận Long Biên, Hà Nội; chảy qua quận Long Biên, huyện Gia Lâm và hạ lưu đổ vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải tại cửa xả Xuân Thụy,

xã Kiêu Kỵ, Gia Lâm, sông có tổng chiều dài khoảng 13km Mặc dù đang bị ô nhiễm nhưng nước sông Cầu Bây hiện vẫn là nguồn tưới tiêu cho canh tác nông nghiệp khu vực Long Biên – Gia Lâm, đồng thời đang là nguồn gây ô nhiễm cho hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải Hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải phục vụ việc tưới tiêu và thoát úng cho một vùng tứ giác được giới hạn bởi sông Hồng ở phía Tây, sông Đuống ở phía Bắc, sông Thái Bình ở phía Đông, và sông Luộc ở phía Nam có diện tích tự nhiên hơn 200.000ha, trong

đó đất nông nghiệp khoảng 110.000ha, dân số gần 3 triệu người, bao gồm một phần hoặc

2

toàn bộ tỉnh Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Hà Nội Như vậy, tình trạng ô nhiễm của sông Cầu Bây đang ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn, gây ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu, tác động trực tiếp đến sức khỏe con người Việc đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông Cầu Bây, nghiên cứu được giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho nước thải lưu vực sông Cầu Bây có ý nghĩa quan trọng

Quy hoạch hệ thống thoát nước lưu vực sông Cầu Bây phù hợp với kinh nghiệm ở các nước phát triển và đang phát triển trước Việt Nam là hệ thống thoát chung trên cơ sở hiện trạng; hệ thống thoát riêng được xây dựng tại các khu đô thị mới, khu công nghiệp tạo thành hệ thống thoát hỗn hợp chung và riêng Tuy nhiên, do hệ thống thoát nước chưa hoàn chỉnh nên nước thải, nước mưa những khu được thu gom riêng cuối cùng vẫn xả vào cống chung hiện trạng, do đó cuối cùng vẫn là cống chung

Nước thải đô thị nói chung gồm nhiều nguồn từ sinh hoạt hộ gia đình, văn phòng, các cơ

sở dịch vụ; từ các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm tập trung hoặc trong các chợ truyền thống; từ các cơ sở công nghiệp tập trung đến quy mô hộ gia đình; từ quá trình chứa, thu gom, vận chuyển, xử lý rác và các nguồn khác Do đó tính chất, thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thải gom chung mang tính đặc thù từng đô thị Mặt khác, quy định

về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của các quốc gia là khác nhau, đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận nước thải sau xử lý, nên một giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với quốc gia này, địa phương này có thể sẽ không phù hợp với quốc gia, địa phương khác Vì lý do đó nên việc xác định được tính chất của nước thải đầu vào, yêu cầu nước thải sau xử lý để có giải pháp công nghệ phù hợp là cần thiết

Hệ thống thu gom và nhà máy XLNT thường được xây dựng đồng thời, khó có điều kiện để lấy mẫu phân tích xác định được đặc tính nước thải chung của toàn lưu vực cần

xử lý, trong lúc chưa có nhiều nhà máy XLNT tại Việt Nam để tham khảo Do đó, trước đây khi thiết kế nhà máy XLNT phải giả định các thông số trong nước thải đầu vào nên thường không chính xác Thực tế hầu hết các nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam có nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải đầu vào chênh lệch lớn so với giả định để tính toán thiết kế, làm tăng chi phí vận hành, hoặc/và lãng phí đầu tư

3

Lưu vực sông Cầu Bây có vị trí địa hình đặc thù, bao bởi đê sông Hồng và sông Đuống nên nước thải toàn lưu vực hầu như đã tập trung về sông Cầu Bây, tạo điều kiện để có thể lấy mẫu, phân tích xác định tính chất nước thải của lưu vực mặc dù chưa có hệ thống thu gom tập trung Vì vậy, một trong những mục đích của luận án là lấy mẫu phân tích xác định tính chất nước thải của lưu vực sông Cầu Bây để nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý phù hợp Ngoài ra, việc nghiên cứu các yếu tố về tính phổ biến, diện tích chiếm đất, chi phí đầu tư, vận hành của các nhà máy XLNT tại Việt Nam giúp có thêm

cơ sở trong lựa chọn công nghệ nghiên cứu

Đô thị lưu vực sông Cầu Bây mang tính đặc trưng của một đô thị Việt Nam nói chung,

là đô thị đang phát triển, vừa có nông thôn vừa có đô thị cũ xen lẫn đô thị mới; vừa có nước thải sản xuất, vừa có nước thải sinh hoạt Đặc biệt, không như một số quốc gia khác, văn hóa sinh hoạt của người Việt Nam giữa các vùng miền cơ bản là có sự tương đồng, do đó nước thải lưu vực sông Cầu Bây có thể đại diện được cho tính đặc thù của phàn lớn các đô thị Việt Nam Vì vậy, giải pháp công nghệ phù hợp cho nước thải lưu vực sông Cầu Bây cũng sẽ phù hợp cho nhiều đô thị khác tại Việt Nam

Luận án “Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông Cầu Bây – Hà Nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp” đáp ứng tính cần thiết của các vấn đề nghiên cứu

4

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tươ ̣ng nghiên cứu

- Các chất ô nhiễm trong nước, trầm tích sông Cầu Bây, trong nước thải lưu vực sông Cầu Bây;

- Công nghệ xử lý nước thải đô thị

3.2 Pha ̣m vi nghiên cứu

- Phạm vi vùng nghiên cứu là toàn bộ lưu vực sông Cầu Bây tính đến vị trí cửa chảy vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải

- Phạm vi chất ô nhiễm nghiên cứu là các chất hữu cơ dễ phân hủy (thông số COD, BOD5); chất hữu cơ khó phân hủy điển hình (PCB); thông số chất răn lơ lửng (SS); các thông số nitơ, phốt pho (NH4+-N, TN, TP)

- Công nghệ xử lý nước thải được nghiên cứu, phát triển trên cơ sở công nghệ được lựa chọn theo hiệu quả thực tế đang áp dụng tại Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp khảo sát, điều tra nhằm thu thập số liệu liên quan đến lưu vực sông Cầu Bây, các nhà máy xử lý nước thải đang vận hành và chuẩn bị vận hành tại Việt Nam nhằm đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông Cầu Bây, đặc tính nước thải đặc thù của lưu vực sông Cầu Bây so với các lưu vực khác và đánh giá hiệu quả các công nghệ đang áp dụng

- Phương pháp kế thừa và phân tích tổng hợp, thống kê các số liệu thu thập được trong các tài liệu và các kết quả đã được nghiên cứu để rút ra các kết luận, cơ sở cho nghiên cứu;

- Phương pháp mô hình thực nghiệm để nghiên cứu, phát triển công nghệ và kiểm nghiệm các kết quả nghiên cứu của luận án Luận án này có điểm khác biệt là ngoài mô hình thí nghiệm, đã thực hiện nghiên cứu trên nhà máy xử lý nước thải Yên Sở đang vận hành

5

5 Nô ̣i dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước và trầm tích sông Cầu Bây:

- Khảo sát, xác định các nguồn nước thải chính vào sông Cầu Bây, xác định các điểm lấy mẫu;

- Đánh giá mức độ ô nhiễm so với quy chuẩn cho phép (QCCP) về nước mặt đối với các thông số ô nhiễm gồm COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB bằng lấy mẫu phân tích đối với nước sông;

- Đánh giá tồn lưu PCB bằng lấy mẫu phân tích đối với trầm tích sông

2) Nghiên cứ u, đánh giá, xác định tính chất nước thải lưu vực sông Cầu Bây:

- Xác định lưu lượng nước thải lưu vực sông Cầu Bây bằng đo đạc;

- Đánh giá mức độ ô nhiễm các thông số COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB

so với QCCP bằng lấy mẫu phân tích hiện trường tại điểm M10 đại diện cho nước thải lưu vực sông Cầu Bây; xác định tính đặc trưng của các thông số ô nhiễm so với nước thải đô thị thông thường đã nghiên cứu và nước thải đầu vào các nhà máy XLNT tại Việt Nam đang vận hành;

3) Nội dung nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với tính chất nước thải lưu vực sông Cầu Bây:

- Nghiên cứu lý thuyết cơ chế các quá trình phản ứng và cơ sở của các quá trình

xử lý trong các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam;

- Nghiên cứu đặc điểm các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam về hiệu quả xử

lý các thông số, tính phổ biến, diện tích chiếm đất, suất đầu tư, chi phí vận hành;

- Nghiên cứu các thông số chính từ quá trình vận hành tại nhà máy XLNT Yên Sở,

Hà Nội công nghệ SBR/C-Tech;

- Tính toán thiết kế các mô hình thí nghiệm về công nghệ nghiên cứu;

- Thực nghiệm, nghiên cứu hiệu quả xử lý các thông số chủ yếu bằng các thí nghiệm trên mô hình công nghệ L-SBR và công nghệ so sánh, đối chứng là SBR/C-Tech

- Qua nghiên cứu và ứng dụng các mô hình thực nghiệm luận án đã xây dựng được

cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ L-SBR để xử lý nước thải lưu vực sông Cầu Bây làm cơ sở cho ứng dụng trong thực tế

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Phát triển được giải pháp công nghệ mới L-SBR để xử lý nước thải lưu vực sông Cầu Bây có tính chất đặc thù BOD5 thấp, TN cao đạt QCCP cột A nhưng không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài, tiến kiệm chi phí vận hành

7 Cấu trúc của luận án

Cấu trúc của Luâ ̣n án bao gồm phần mở đầu; 4 chương; phần kết luận và kiến nghị; phần danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố; tài liệu tham khảo; phục lục

- Phần mơ ̉ đầu: tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu; mục đích nghiên cứu; đối

tượng và phạm vi nghiên cứu; phương pháp nghiên cứu; nô ̣i dung nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và thực tiễn; tính mới và thực tiễn của luâ ̣n án;

- Chương 1 Tổng quan ca ́ c vấn đề nghiên cứu: phân tích, đánh giá các công

trình nghiên cứu, các tài liê ̣u đã có của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến các nô ̣i dung nghiên cứu của luâ ̣n án; nêu những vấn đề còn tồn tại; chỉ ra những vấn đề mà luâ ̣n án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết;

- Chương 2 Cơ sơ ̉ khoa học và thực tiễn, giả thuyết, phương tiện nghiên cứu:

trình bày các cơ sở khoa học và các cơ sở qua kinh nghiệm thực tiễn để đưa ra các lựa chọn và giả thuyết giải quyết các vấn đề cần giải quyết đối với công nghệ

7

Từ các lựa chọn và giả thuyết làm cơ sở thiết lập mô hình công nghệ; tính toán thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm Phần này cũng thiết lập trình tự và mô tả quá trình thực hiện các thí nghiệm; mô tả về phương tiện, mô hình thực nghiệm;

- Chương 3 Kết qua ̉ nghiên cứu về nước và trầm tích sông Cầu Bây: Mô tả

các kết quả nghiên cứu, thực nghiệm về lưu lượng, nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước và trầm tích sông Cầu Bây Trình bày kết quả và thảo luận theo các

dữ liệu khoa học thu được trong quá trình nghiên cứu, thực nghiệm của luâ ̣n án Kết quả nghiên cứu của chương này là cơ sở cho các nghiên cứu trong chương 4;

- Chương 4 Kết qua ̉ nghiên cứu về giải pháp công nghệ: Mô tả các kết quả

nghiên cứu, thực nghiệm về công nghệ xử lý phù hợp cho nước thải có BOD5/TN thấp L-SBR; Phát hiện hiệu suất xử lý chất PCB qua các pha lỏng/rắn của giải pháp công nghệ được nghiên cứu phù hợp để xử lý nước thải lưu vực sông Cầu Bây; đánh giá tính thực tiễn của giải pháp công nghệ qua số liệu thực nghiệm và tính toán Trình bày kết quả và thảo luận theo các dữ liệu khoa học thu được trong quá trình nghiên cứu, thực nghiệm của luâ ̣n án;

- Kết luâ ̣n và kiến nghi ̣;

- Danh mu ̣c các công trình, bài báo đã công bố;

- Ta ̀i liê ̣u tham khảo;

- Các phụ lục

8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hiện trạng, kết quả nghiên cứu trước đây về sông Cầu Bây

Lưu vực sông Cầu Bây bao gồm phần lớn quận Long Biên và một phần huyện Gia Lâm, nằm ở phía Bắc sông Hồng, phía Đông trung tâm thành phố Hà Nội (Hình 1-1) Lưu vực Cầu Bây nói riêng, Hà Nội nói chung có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, mưa phùn Giữa hai mùa có hai tháng chuyển giao là tháng 4

và tháng 10, tạo nên 4 mùa Mùa hè bắt đầu vào tháng 5 và kéo dài tới tháng 9, nhiệt độ trung bình khoảng 28C Tháng nóng nhất là tháng 6, đôi khi nhiệt độ tăng lên tới 38C

Từ tháng 9, nhiệt độ giảm dần và lượng mưa tăng lên Theo số liệu thống kê khí hậu Hà Nội, nhiệt độ trung bình giảm dần xuống 21C vào tháng 11, 18C vào tháng 12 và 16C vào tháng 1 – tháng lạnh nhất trong năm Mưa phùn xuất hiện thường xuyên vào tháng

2 và tháng 3 Đôi khi thời tiết bắt đầu thay đổi vào tháng 3 và có thể có sấm và mưa rào vào ban đêm Trong thời gian năm 2001 ÷ 2013, tổng số giờ nắng biến động lớn 410,4

÷ 1.643 giờ/năm, nhiệt độ không khí trung bình 23,3 ÷ 25,0oC [1]

Lưu vực sông Cầu Bây có tổng diện tích 6.408ha, trong đó diện tích đất canh tác nông nghiệp khoảng 800ha, còn lại là khu đô thị, công nghiệp, công viên cây xanh Theo quy hoạch đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt năm 2013 (QHTNHN 2013), lưu vực sông Cầu Bây được phát triển là đô thị hỗn hợp bao gồm các khu đô thị, công nghiệp, nông nghiệp công nghệ cao, các dịch vụ vui chơi giải trí, công viên cây xanh Về cơ bản

là đô thị trong trương lai được phát triển trên cơ sở hiện tại nhưng theo hướng hiện đại hơn [2] Các nguồn phát sinh nước thải của lưu vực sông Cầu Bây qua khảo sát và tham khảo [2] gồm:

- Nước thải sinh hoạt của khoảng 393.000 người (theo số liệu điều tra dân số đến 31/12/2013) Theo quy hoạch, dân số năm 2030 là 442.000 người, đến năm 2050

là 513.000 người Lượng nước thải sinh hoạt theo tính toán hiện nay khoảng 85.800m3/ngày; năm 2030 là 125.000m3/ngày; năm 2050 là 183.000m3/ngày Hệ thống thoát nước là hệ thống thoát nước chung;

- Nước thải từ các khu công nghiệp (KCN) tập trung Sài Đồng, Đài Tư và các cơ sở sản xuất khác nằm ngoài các khu công nghiệp như nhà máy Sữa Hà Nội, Hóa chất

9

Đức Giang, Xăng dầu Đức Giang, May 10, Tổng số các Nhà máy sản xuất công nghiệp là hơn 60 cơ sở Có nhiều lĩnh vực sản xuất trong đó phần lớn là cơ khí, kim loại, thiết bị có 25 nhà máy (hơn 40%); hóa chất, mỹ phẩm, dược phẩm có 11 nhà máy (18%); dệt may có 6 cơ sở (10%); còn lại là giấy, bao bì; thực phẩm, thức

ăn gia súc; xăng dầu, gas; thiết bị điện và dây cáp điện; điện tử Tổng lượng nước thải công nghiệp khoảng 25.000m3/ngày Hầu hết các cơ sở công nghiệp này có các nhà máy XLN) cục bộ Theo quy định, nước thải từ các cơ sở sản xuất này phải được xử lý đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B;

- Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp chất thải rắn (bãi rác) Kiêu Kỵ có lưu lượng nước rỉ khoảng 200m3/ngày, thực tế khảo sát cho thấy chưa có công trình xử lý nước rỉ rác theo quy định;

- Chất thải bề mặt bị rửa trôi vào sông trong quá trình thoát nước mưa cho toàn bộ diện tích lưu vực;

- Sông Cầu Bây đồng thời còn là nguồn nước chính phục vụ cho canh tác nông nghiệp trong lưu vực Mặc dù nước sông rất ô nhiễm nhưng vẫn được bơm vào

hệ thống mương phục vụ tưới tiêu Việc sản xuất nông nghiệp có thời vụ và không

sử dụng nước liên tục Nước từ sông Cầu Bây được dùng để tưới tiêu sau đó lại thoát về sông mang theo chất thải trong sản xuất nông nghiệp như dư lượng thuốc trừ sâu, phân bón, đất cát; nhưng đồng thời cũng giảm một phần chất ô nhiễm do ngấm qua đất, giảm lưu lượng do thấm, bay hơi trong quá trình tưới tiêu

Thoát nước lưu vực sông Cầu Bây thực hiện thông qua các cống, rãnh, kênh, mương thủy lợi (mạng cấp 1) Việc thu gom nước mưa, nước thải được thực hiện thông qua các mương, đường cống, rãnh trên đường phố, ngõ xóm (mạng cấp 2, 3) Hệ thống thoát nước của khu vực hiện nay được tổ chức như Phụ lục III Mạng cấp 1 là hệ thống cống chung Mạng cấp 2, 3 đối với khu dân cư đô thị cũ, làng xóm là cống chung: nước mưa

và nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi hộ gia đình, làng nghề hộ gia đình thoát chung vào một hệ thống cống thoát Theo quy định, các khu đô thị mới phải xử lý nước thải đạt QCCP trước khi đấu nối vào hệ thống thoát nước thành phố Nước thải đã xử lý

và nước mưa trong các khu đô thị mới đã được tách riêng nhưng lại được đấu nối vào

hệ thống cống chung có sẵn trên đường lớn, hoặc ao hồ và cuối cùng thông qua mạng cấp 1 để dẫn về sông Cầu Bây Theo QHTNHN 2013, sẽ xây dựng các giếng tách (CSO),

10

Hình 1-2) để đấu nối các cống hiện trạng vào hệ thống cống bao dọc sông Cầu Bây, dẫn nước thải về Nhà máy XLNT để xử lý [2] Nước sau xử lý có thể bổ cập lại cho sông Cầu Bây hoặc xả vào các nguốn tiếp nhận khác

Như vậy, lúc thời tiết không mưa thì nguồn nước chảy vào sông Cầu Bây chủ yếu là nước thải của lưu vực sông Cầu Bây, tương tự như sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét (Hà Nội); kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Đôi – Tẻ, Tham Lương – Bến Cát, Tân Hóa –

Lò Gốm (thành phố Hồ Chí Minh); sông Cheonggyecheon (Hàn Quốc) trước khi cải tạo năm 2005 [3], [4], sông Singapore trước khi cải tạo năm 1986 [5] đều là các sông tiếp nhận nước thải của đô thị

Các nghiên cứu về nước và trầm tích sông Cầu Bây từ trước đến nay mới chỉ dừng lại ở mức khảo sát, đánh giá mức độ một số thông số, chủ yếu trong nước sông như pH, DO, TSS, COD, BOD5, NO2-, NO3-, PO43-, NH4+, chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ, C6H5OH, E.Coli, Coliform Các thông số này vượt giá trị giới hạn tối đa quy định trong quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, TSS vượt đến 17 lần, NH4+-N vượt đến 18 lần so với QCVN 14:2008/BTNMT [6], [7] Σ7PBDE trong trầm tích sông Cầu Bây cũng đã được nghiên cứu cho thấy có sự phân bố rộng, nồng độ cao tại các điểm gần các khu công nghiệp [8] Chưa có nghiên cứu nào về nước thải lưu vực sông Cầu Bây cũng như PCB trong nước và trầm tích sông Cầu Bây

Theo khảo sát, có 9 kênh, mương chính thoát nước thải sinh hoạt, công nghiệp, rỉ rác, nước thoát của canh tác nông nghiệp chảy vào sông Cầu Bây tại các cửa xả được ký hiệu M1 ÷ M9 (tọa độ, mô tả nguồn xả, hình ảnh khảo sát như Hình 1-1, Phụ lục I) M10 là điểm cuối sông Cầu Bây trước khi chảy vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải; M11 là

vị trí trên hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải nơi tiếp nhận nước từ sông Cầu Bây (M1

÷ M11 theo thứ tự từ thượng nguồn đến hạ nguồn) Khảo sát cho thấy nước thải tại các cửa xả M1 ÷ M9 có màu đen, mùi hôi, kể cả cửa xả có nước thải của KCN Đài Tư, Sài Đồng Dọc sông nói chung đều có màu đen, mùi hôi chứng tỏ dòng sông bị ô nhiễm nặng không chỉ ở cửa xả Sự tương phản giữa màu đen của nước sông Cầu Bây và hơi vàng của nước hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải nhìn thấy rõ tại khu vực nơi nước sông Cầu Bây hòa với nước hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải (M11)

11 Hình 1-1 Bản đồ lưu vực sông Cầu Bây

12

1.2 Lịch sử hệ thống thoát nước, thu gom nước thải đô thị

1.2.1 Ở các nước trên thế giới

Hệ thống thoát nước đô thị sớm nhất biết đến được xây dựng bởi nền văn minh Ai Cập

và nền văn minh Lưỡng Hà từ thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên Hệ thống thoát nước giai đoạn này được xây dựng để thoát nước mưa, nhưng cũng là nơi thoát chất thải sinh hoạt Trong thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, nền văn minh Minoan phát triển hệ thống thoát nước trên đảo Cret (thuộc Hy Lạp ngày nay) và phát triển hệ thống cống thoát riêng đầu tiên trên thế giới Hệ thống cống dưới đường phố bắt đầu được xây dựng bởi người Hy Lạp vào giữa nhưng năm 1.100 và 700 trước Công nguyên Hệ thống của người Hy Lạp được người La Mã phát triển hơn bằng thêm các hố ga nắp bằng đá có quai đồng có thể mở ra [9]

Hệ thống thoát nước đô thị ở các nước Châu Âu khác và Hoa Kỳ ban đầu cũng chỉ để mục đích thoát nước mưa, trong khi phân từ thùng xí được thải bỏ như chất thải rắn Thông thường, việc thải chất thải từ thùng xí chỉ đơn giản là ném qua cửa sổ và hét lên

"garde l'eau", dịch ra có nghĩa là "cẩn thận nước rơi vào" [10] Tại Luân Đôn, việc cấm chất thải sinh hoạt cho vào hệ thống thoát nước thành phố có hiệu lực cho đến năm 1815; thành phố Boston (Hoa Kỳ) là cho đến năm 1833 Năm 1843, chính quyền thành phố Hamburg (CHLB Đức) quy định bắt buộc phải đấu nối để thải chất thải sinh hoạt vào

hệ thống thoát nước thành phố [10]

Một thay đổi lớn trong ngành cấp nước trong giai đoạn 1800 ÷1865 là nước sinh hoạt được cấp từ nguồn cung cấp liên tục, và sự ra đời của nhà vệ sinh dội nước vào giữa năm 1800 [11] Đến năm 1880, khoảng một phần ba số hộ gia đình đô thị tại Hoa Kỳ có nhà vệ sinh xả nước [11] Trong những năm 1800, các thành phố ở Tây Âu và Bắc Mỹ không sử dụng các bể phốt và hố xí mà xây dựng hệ thống cống thoát nước cho việc loại

bỏ và xử lý chất thải Với việc đấu nối nước vệ sinh từ các ngôi nhà với hệ thống cống rãnh nước mưa hiện có thành một hệ thống hỗn hợp Cách tiếp cận này đã được áp dụng

ở nhiều thành phố lớn tại các nước châu Âu và Hoa Kỳ Hầu hết các hệ thống cống được xây dựng trong nửa đầu thế kỷ XX là hệ thống cống thoát nước kết hợp chủ yếu để thoát nước mưa và nước thải sinh hoạt, có các cống xả tràn hay còn gọi là giếng tách CSO để

xả nước trong trường hợp có mưa Nước thải tại các giếng tách được đấu nối với cống

Hình 1-2 Mô hình giếng tách (CSO) và hệ thống thu gom chung

Trong và sau thế chiến thứ II, tại Hoa Kỳ bắt đầu xây dựng hệ thống cống thoát nước riêng tại hầu hết các thành phố, khu dân cư mới Đến năm 1972 luật Liên bang quy định không được xây dựng cống hỗn hợp Tuy nhiên, luật chỉ áp dụng cho các hệ thống cống mới xây dựng, còn hệ thống cống chung hiện trạng đến nay vẫn tiếp tục hoạt động mà không được cải tạo vì lý do chi phí cao Do đó cho đến nay, một phần các hệ thống cống chung được xây dựng từ năm 1850 tại Pari (Pháp), những năm 1800 tại Luân Đôn (Anh),

từ năm 1885 tại Chicago (Hoa Kỳ) vẫn được sử dụng Tại các thành phố Hoa Kỳ còn khoảng 13% là hệ thống cống chung [11] Hệ thống cống chung vẫn sử dụng nhiều tại các thành phố của các nước phát triển châu Âu [12]

Nước thải

sinh hoạt Nước thải

chăn nuôi Nước mưa

Cống thoát

nước thải

Cống chung

Thoát nước mưa đường phố

Tường chắn nước

Cống thoát nước thải công nghiệp

CÔNG NGHIỆP Thoát nước mái

Cống thoát nước tưới tiêu

Nước chảy tràn khi mưa

NGUỒN TIẾP NHẬN (SÔNG, HỒ, BIỂN)

NHÀ MÁY XLNT

Cống thoát nước thải sau xử lý

NÔNG NGHIỆP DÂN CƯ

14

Hàn Quốc là nước phát triển gần đây, mặc dù 100% nước thải của thành phố Seoul đã được đấu nối thu gom về các Nhà máy XLNT để xử lý, nhưng có đến 86% nước thải vẫn được thu gom chung đấu nối vào cống dẫn về nhà máy XLNT bằng các giếng tách CSO [13] Một trong những thực tế điển hình nhất giai đoạn gần đây là giải pháp xử lý

ô nhiễm sông Cheonggyecheon dài 10,9km chảy qua trung tâm thành phố Seoul – Hàn Quốc Chỉ trong vòng hơn 10 năm: vào những năm 1960 – 1970 với sự phát triển nhanh của kinh tế Hàn Quốc, kéo theo là quá trình đô thị hóa, sông Cheonggyecheon nhanh chóng trở thành kênh dẫn nước thải [3] Số liệu phân tích năm 1963 cho thấy BOD5trong nước sông Cheonggyecheon có thời điểm là 241mg/l [13] Việc cải tạo ô nhiễm sông Cheonggyecheon đầu tiên được thực hiện bằng cách cống hóa con sông, giữ nguyên hiện trạng các cống thoát nước thải chưa xử lý đang đổ vào sông, biến sông Cheonggyecheon thành cống dẫn nước thải, mặt sông là đường cao tốc, thực hiện vào năm 1970 [3] Do nhu cầu phải phục hồi sông Cheonggyecheon vì vấn đề tắc nghẽn giao thông, ô nhiễm khói bụi và nhất là sông Cheonggyecheon có ý nghĩa lịch sử lớn đối với người Hàn Quốc, cần phải được bảo tồn, đường cao tốc trên mặt sông được tháo dỡ, đồng thời xây dựng hệ thống cống bao dọc hai bên sông để thu gom nước thải từ các cống chung hiện trạng qua các giếng tách CSO, dẫn nước thải về nhà máy XLNT, không cho nước thải xả trực tiếp vào sông, trả lại nguyên trạng, phục hồi lại sông Cheonggyecheon như ngày nay, thực hiện năm 2003, hoàn thành năm 2005 [3] Vào thời tiết không mưa, toàn bộ nước từ các cống chung qua giếng tách chảy vào cống bao

để về Nhà máy XLNT để xử lý; vào thời tiết mưa, toàn bộ nước mưa và nước thải thu gom chung trong thời gian mưa ban đầu khi còn chứa chất ô nhiễm cũng sẽ được thu gom hoàn toàn về Nhà máy XLNT để xử lý, và chỉ cho nước mưa khi nồng độ các chất

ô nhiễm đạt yêu cầu theo quy định được xả thẳng vào sông Cheonggyecheon (khi BOD5

< 40mg/l) [13], [14]

Khác với lưu vực sông Cheonggyecheon là nước thải được thu gom chung thì lưu vực sông Singapore (tại Singapore) được xây mới bằng cống riêng Kinh tế của Singapore sau năm độc lập 1965 đã phát triển nhanh chóng, kèm theo đó là sông Singapore (2,95km) ô nhiễm nghiêm trọng [5] Nước thải xả vào sông Singapore là nước thải sinh hoạt từ các nhà vệ sinh không qua xử lý; các chất thải phát sinh do người bán hàng rong

và nhà cung cấp rau bán buôn; các ngành công nghiệp trên bờ sông như kinh doanh, vận

15

chuyển, sản xuất hàng hóa; xây dựng và sửa chữa tàu trong tòa nhà cũ mà không có các công trình xử lý; các trang trại chăn nuôi gia cầm, gia súc [5] Quá trình cải thiện môi trường sông Singapore đã được chính phủ thực hiện từ năm 1977 song song với chính sách nhà ở, theo đó các cư dân được chuyển đến trong các tòa nhà do chính phủ xây dựng với đầy đủ cơ sở hạ tầng thoát nước; các trang trại và xí nghiệp ô nhiễm được di dời, cảng sông được chuyển đến vị trí khác Nước thải lưu vực sông Singapore còn lại chủ yếu là nước thải sinh hoạt được thu gom riêng bằng hệ thống cống thoát nước xây mới, không có nước thải công nghiệp, nông nghiệp; nước mưa được thoát bằng cống riêng Nước thải thu gom riêng bằng hệ thống cống bao dẫn về Nhà máy XLNT để xử

lý đạt yêu cầu theo quy định trước khi xả ra môi trường [5] Nguồn nước bổ cập bù cho lượng nước thải được thu gom là nước từ các hồ tự nhiên, nước mưa Việc khôi phục sông hoàn thành năm 1986 [5]

Như vậy, lịch sử hệ thống thoát nước cho thấy nước thải chỉ được thu gom xử lý khi đô thị đã tương đối phát triển, nước thải gây ô nhiễm, tác động đến cuộc sống con người;

hệ thống cống chung hầu hết được xây dựng tại các khu dân cư cũ trong khi cống riêng chỉ được xây dựng tại các khu đô thị mới phát triển và hệ thống cống chung vẫn song hành tại các đô thị cho đến ngày nay, trừ trường hợp sông Singapore là có chính sách nhà ở song song với việc cải tạo đồng bộ trên diện rộng hệ thống thoát nước

1.2.2 Tại Việt Nam và lưu vực sông Cầu Bây

Lịch sử hệ thống thoát nước Việt Nam, cụ thể là thành phố Hà Nội diễn ra hầu như tương

tự với thế giới Hệ thống thoát nước Hà Nội trước đây hầu hết chỉ được tìm thấy trong các tài liệu lịch sử hoặc trong các tác phẩm văn chương Tuy nhiên hình ảnh của tài liệu khảo cổ cũng cho thấy hệ thống thoát nước Hà Nội được xây dựng dựa trên nguyên mẫu của thành phố Paris được xây dựng từ những năm 1800 – là hệ thống thoát nước chung cho nước mưa và nước thải sinh hoạt Các nghiên cứu, đề án về thoát nước Hà Nội trong thời gian gần đây như sau:

- “Nghiên cứu Quy hoạch tổng thể Thoát nước Hà Nội” (QHTT 1995) được thực hiện theo chương trình của Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) năm 1995 Quy hoạch tổng thể này bao gồm cả hai quy hoạch thoát nước và quy hoạch xử

lý nước thải, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số

dự báo dân số và kế hoạch phát triển toàn diện cơ sở hạ tầng “Điều chỉnh Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020” do UBND Thành phố và Bộ Xây dựng lập và được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/1998 Bản quy hoạch này đề xuất hệ thống thu gom riêng cho khu vực Long Biên, Gia Lâm Tuy nhiên ý tưởng quy hoạch này hầy như chưa được thực hiện và nay đã được thay thế bởi bản quy hoạch khác;

- “Chương trình phát triển đô thị toàn diện tại Thủ đô Hà Nội” (Nghiên cứu HAIDEP) cũng là một quy hoạch tổng thể toàn diện do JICA lập năm 2007 Nghiên cứu này bao gồm nhiều quy hoạch cơ sở hạ tầng, trong đó có quy hoạch thoát nước mưa và thoát nước thải [16] Nghiên cứu này không đề cập đến khu vực Long Biên, Gia Lâm;

- Quy hoạch thoát nước Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050” (QHTNHN 2013) đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 trong đó quy hoạch các lưu vực thu gom cùng với quy mô dân số, diện tích; vị trí và diện tích các Nhà máy XLNT tương ứng cho từng lưu vực [2] Theo quy hoạch này thì hệ thống cống cho lưu vực sông Cầu Bây được phát triển trên cơ sở hệ thống cống chung Những khu vực đô thị mới

sẽ phải xây dựng hệ thống cống riêng, theo đó lưu vực Cầu Bây sẽ là hệ thống cống hỗn hợp;

- Quy chuẩn QCVN 07:2010/BXD quy định việc lựa chọn hệ thống thoát nước đô thị (chung, riêng hoàn toàn, nửa riêng, riêng không hoàn chỉnh, hệ thống thoát nước hỗn hợp, hệ thống thoát nước đơn giản hay giản lược, hệ thống thoát nước

đã lắng cặn, hệ thống thoát nước chân không) phải căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và môi trường cụ thể của từng địa phương Như vậy, Việt Nam chưa có quy định bắt buộc áp dụng loại cống thu gom Tuy nhiên, trong thực tế việc thiết kế hệ thống cống chung cho các khu đô thị mới hầu như không thể vì

Giải pháp áp dụng tại kênh Đôi – Tẻ cũng được áp dụng cho các hệ thống kênh, rạch khác ở thành phố Hồ Chí Minh Hệ thống cống bao của kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, hay Tàu Hủ - Bến Nghé, Tân Hóa – Lò Gốm đã được xây dựng, tuy nhiên Nhà máy XLNT chưa xây dựng nên nước thải thu gom được đang được dẫn xả vào giữa sông Sài Gòn [18], [19], [20] Phương án thu gom bằng cống bao cũng được thực hiện cho dự án Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật, tuy nhiên khác với trên, hệ thống thu gom cống bao đang được thực hiện song cùng với Nhà máy XLNT Tham Lương – Bến Cát [21] Tại Hà Nội, giải pháp cống bao thu nước từ cống chung hiện trạng qua các CSO đang được áp dụng để thiết kế cho sông Tô Lịch (14,6km), sông Lừ (10km), nước thải thu gom sẽ được xử lý tại nhà máy XLNT Yên Xá và nhà máy XLNT Phú Đô Các dự án này đang trong giai đoạn thiết kế và dự kiến khởi công vào năm 2016 [22], [23] Khác với thành phố Hồ Chí Minh có thủy triều, không cần phải lắp các van một chiều cho các CSO tại Hà Nội Nước trong sông hiện nay vào thời tiết không mưa chủ yếu là nước thải, không bị trộn lẫn nước thủy triều như tại thành phố Hồ Chí Minh Tương tự như sông Tô Lịch, Lừ, giải pháp thu gom nước thải được áp dụng cho sông Sét 3,6km, Kim Ngưu 19km Tuy nhiên nhà máy và nhà máy XLNT Yên Sở đã được xây dựng hoàn

hồ Bảy Mẫu [26]; nhà máy XLNT Bắc Thăng Long – Vân Trì hiện tiếp nhận nước thải sinh hoạt từ KCN Thăng Long, một phần thu nước thải của khu vực xã Hải Bối, Đông Anh; nhà máy XLNT Kim Liên cho khu vực hồ Kim Liên, Trúc Bạch cho lưu vực hồ Trúc Bạch [22], [23]

Tương tự như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, hầu hết hệ thống thu gom cho các nhà máy XLNT tại các đô thị của các tỉnh, thành phố khác đều là hệ thống cống chung, trừ thành phố Buôn Mê Thuật (Đắc Lắc) hầu hết là cống tiêng Một số hệ thống thu gom khác như hệ thống thu gom cho nhà máy XLNT Thủ Dầu Một (Bình Dương), Đà Lạt (Lâm Đồng) được thiết kế là hệ thống thu gom riêng nhưng trong thực tế là hỗn hợp Như vậy, giải pháp thu gom nước thải của Việt Nam về cơ bản là cống chung hoặc hỗn hợp Trong tương lai khi đô thị phát triển, tỷ lệ nước thải thu gom riêng sẽ tăng dần do

đó có sự biến đổi của nồng độ các thông số ô nhiễm Một thực tế là mặc dù có một số khu đô thị, hay khu công nghiệp đã có hệ thống cống riêng nhưng nước thải sau đó lại được đấu nối vào hệ thống thoát nước chung của đô thị, nên cuối cùng vẫn là hệ thống cống chung [22]

1.3 Các thông số ô nhiễm chủ yếu, các quy định về chất lượng môi trường

1.3.1 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước thải đô thị và của nước thải lưu vực

sông Cầu Bây

Có rất nhiều thông số ô nhiễm, Quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT về nước thải sinh hoạt quy định 11 thông số; QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp quy định

33 thông số, tổ hợp 2 quy chuẩn là 37 thông số [27], [28] Tuy nhiên, tùy từng loại nước thải mà có các thông số ô nhiễm khác nhau Mặt khác, một số thông số có liên quan với nhau, khi xử lý được thông số này thì thông số khác cũng được xử lý đồng thời

- Nước rỉ rác từ các thùng chứa rác tạm thời, trong quá trình tập kết, vận chuyển,

xử lý thường bằng chôn lấp phát sinh nước rỉ rác

- Nước thải công nghiệp từ các cơ sở sản xuất ở quy mô hộ gia đình, làng nghề, nhà máy, hoặc các khu cụm công nghiệp Mới chỉ một phần nước thải từ các nhà máy, khu cụm công nghiệp có các cơ sở xử lý cục bộ, còn lại đang xả chung với nước thải sinh hoạt;

- Nước từ quá trình tưới tiêu, canh tác nông nghiệp kéo theo các chất ô nhiễm từ quá trình canh tác cũng như trên bề mặt các khu canh tác;

- Nước mưa chảy tràn cuốn theo chất ô nhiễm trên bề mặt đất

Nước thải sinh hoạt thường là thành phần chính trong nước thải đô thị Chất ô nhiễm chủ yếu của nước thải đô thị cơ bản là chất ô nhiễm chủ yếu của nước thải sinh hoạt đã được tổng kết, nêu ra trong nhiều tài liệu nhưng cơ bản được phân loại thành các nhóm như sau [31], [32], [33], [34], [35], [36]:

- Chất ô nhiễm hữu cơ, được xác định bằng thông số nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD)

- Nitơ, được xác định bằng thông số tổng Nitơ (TN), amonia (NH4+-N), Nitrat (NO3--N), Nitrit (NO2--N), Nitơ hữu cơ (Norg);

- Hợp chất của Phốt pho, thường được xác định bằng thông số tổng P (TP);

- Chất rắn, được xác định bằng thông số chất rắn lơ lửng (SS), chắn rắn hòa tan (TDS);

- Các vi sinh vật gây bệnh, được xác định bằng thông số tổng coliform;

- Các chất hữu cơ khó phân hủy (POP)

- Ngoài các thành phần ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt, các nguồn nước thải khác còn chứa các chất ô nhiễm kim loại nặng, hóa chất độc hại, chất hữu cơ khó

do đó BOD21 < COD [37] Để xác định thông số BOD tổng cộng cần thời gian dài, do

đó giá trị BOD đo trong 5 ngày (BOD5), 7 ngày (BOD7) được sử dụng vì thời gian xác định nhanh BOD5 lần đầu tiên được sử dụng năm 1908 bởi Hội đồng Hoàng gia về ô nhiễm sông (Anh) và Hội đồng Hoàng gia về cống nước thải (Anh), có giá trị tương đương khoảng 60÷70% BOD tổng cộng Thời gian 5 ngày ban đầu được lựa chọn vì đó

là thời gian tối đa để tiếp cận các con sông [38]

Hình 1-3 Thành phần các chất ô nhiễm chủ yếu trong các nguồn nước thải Nitơ trong nước thải tồn tại dưới dạng hợp chất amoniac (được xác định quy về nồng độ

N, thông số NH4+-N), NOx (gồm NO3-, NO2-), N hữu cơ (Nhc) NH4+-N trong nước thải sinh hoạt chiếm hơn 60%, nước rỉ rác chiếm hơn 90%, nước từ quá trình giết mổ gia súc, chia cầm chiếm hơn 80%; còn lại chủ yếu là Nhc Có rất ít hoặc hầu như không có

NOx trong nước thải chưa xử lý vì bản thân nó chứa nhiều chất hữu cơ, luôn có sẵn vi

Nước thải sinh hoạt hộ gia đình, cơ sở dịch vụ

Nước thải từ giết mổ gia súc, gia cầm, chợ truyền thống

Nước rỉ rác trong quá trình chứa tạm, thu gom, vận chuyển, xử lý rác

Nước thải công nghiệp (hộ gia đình, nhà máy, KCN)

Nước từ quá trình tưới tiêu, canh tác nông nghiệp

Nước mưa chảy tràn cuốn theo chất ô nhiễm

nặng, dầu mỡHóa chất độc hại

21

sinh vật và thường luôn ở điều kiện thiếu oxy (DO thấp), khi có NOx lập tức diễn ra quá trình thiếu khí và do đó NOx bị phân hủy thành khí N2 thoát ra khỏi nước thải [39], [33], [36] Thường thì đối với nước thải chưa xử lý TN tương đương tổng của NH4+-N và Nhc; còn đối với nước thải sau xử lý thì TN tương đương với tổng của NH4+-N và Nhc và NOx Mặt khác, khi thông số TN, NH4+-N trong nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn, tiêu chuẩn theo quy định thì thì thông số NO3- cũng đạt quy chuẩn, tiêu chuẩn vì giới hạn tối đa cho phép của NO3- cao hơn so với TN; trong khi NO2-, Nhc không quy định trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn Do đó, đối với N, các thông số được nghiên cứu là TN và NH4+-N Thuật ngữ các chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy (Persistent Organic Pollutants, POP) được công nhận trong Công ước Stockholm, ký kết từ ngày 22/05/2001 với sự tham gia của nhiều nước trên thế giới [40] Việt Nam phê chuẩn Công ước Stockholm ngày 22/07/2002 và là thành viên tham gia thứ 14 Mặc dù là chất khó phân hủy nhưng một

tỷ lệ nhất định chất POP bị phân hủy bởi quá trình sinh học tạo ra chất POP mới hoặc các thành phần không độc hại; một phần lắng đọng theo bùn của quá trình xử lý [41] Các chất POP điển hình là Dioxin, Furan, PCB, PBDE… là các chất POP có nguồn gốc phát sinh chủ yếu do hoạt động công nghiệp, thuốc bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp Trong các chất POP, PCB là chất độc hại và có dư lượng nhiều nhất nên được quy định trong quy chuẩn, tiêu chuẩn thải nước của rất nhiều quốc gia như Mỹ, châu

Âu, Singapore, Ấn Độ… Các nghiên cứu chỉ ra rõ mức độ ô nhiễm POP nói chung, PCB nói riêng cao hơn ở khu vực đô thị và thấp hơn ở khu vực nông thôn chục đến hàng trăm lần [42] Tại Việt Nam, trong các chất POP thì chỉ mới có PCB được quy định trong các quy chuẩn Việt Nam từ năm 2009 tại QCVN 24:2009/BTNMT [43], và hiện nay là các QCVN 40:2011/BTNMT [28] và QCTĐHN 02:2014/BTNMT [44] Trong khi các chất

ô nhiễm khác từ nước thải công nghiệp như kim loại nặng, dầu mỡ, các hóa chất độc hại khác được xử lý tương đối triệt để vì các công nghệ sẵn có có thể xử lý được, trong khi

đó PCB trong nước thải là chất mới được quy định trong QCVN và chưa có công nghệ

xử lý hiệu quả

Trong 2 thông số về chất rắn TS, TDS thì SS là quan trọng nhất [38] Thông số này liên quan chặt chẽ với mọi quá trình xử lý sinh học vì bất cứ quá trình sinh học nào cũng đều phải có bước tách SS ra khỏi nước thải ở bước cuối cùng của xử lý

22

Coliform, kim loại nặng, hóa chất độc hại luôn được xử lý bằng các quá trình độc lập với quá trình sinh học (khử trùng, hóa chất) Riêng kim loại nặng, hóa chất độc hại thường chỉ có trong nước thải công nghiệp mà bắt buộc các cơ sở công nghiệp phải xử

lý trước khi đấu nối vào hệ thống thoát nước đô thị hay xả ra môi trường Tuy nhiên, phạm vi của luận án này không nghiên cứu thông số coliform kim loại nặng, hóa chất độc hại mà chỉ nghiên cứa các chất ô nhiễm chủ yếu liên quan đến quá trình xử lý sinh học của nước thải đồng thời có quy định về giới hạn tối đa trong nước thải sau xử lý tại các quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam

Như vậy, các thông số ô nhiễm chủ yếu được nghiên cứu trong luận án này là COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB

1.3.2 Các quy định chất lượng nước và trầm tích sông, nước thải, bùn thải

Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 quy định chất lượng nước, trầm tích phải được theo dõi, đánh giá; nước thải phải được thu gom, xử lý đảm bảo quy chuẩn kỹ thuật môi trường [45] Tại Luật Xây dựng số 50/2014/QH13 cũng quy định các hoạt động xây dựng phải tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, trong khi các tiêu chuẩn được áp dụng theo nguyên tắc tự nguyện, trừ các tiêu chuẩn được viện dẫn trong quy chuẩn kỹ thuật hoặc văn bản quy phạm pháp luật khác có liên quan [46] Việt Nam đã xây dựng các bộ quy chuẩn về chất lượng nước, trầm tích sông, nước thải Tuy nhiên, đối với từng trường hợp cụ thể thường phải áp dụng đồng thời nhiều quy chuẩn, tiêu chuẩn Mỗi quy chuẩn, tiêu chuẩn lại có các mức áp dụng khác nhau Do đó, đối với mỗi đối tượng cụ thể luôn phải xây dựng một bộ các thông số và giới hạn tối đa đáp ứng các quy định liên quan - sau đây gọi là quy chuẩn cho phép (QCCP)

1.3.2.1 Chất lượng nước sông

Các quy chuẩn Việt Nam quy định chất lượng nước các con sông gồm QCVN 08:2008/BTNMT: quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt [47]; QCVN 38:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuâ ̣t quốc gia về chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh [48]; QCVN 39:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuâ ̣t quốc gia về chất lượng nước dùng cho tưới tiêu [49] QCCP đối chất lượng nước sông Cầu Bây phải đạt đồng

Chỉ có 1 quy chuẩn Việt Nam là QCVN 43:2012/BTNMT: quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về chất lượng trầm tích [50] Trong số các thông số chủ yếu, QCVN 43:2012/BTNMT chỉ quy định thông số tổng PCB, giới hạn tối đa trong trầm tích sông Cầu Bây (tương ứng với giới hạn tràm tích nước ngọt) là 277g/kg

1.3.2.3 Chất lượng nước thải sau xử lý

Các quy chuẩn Việt Nam về nước thải gồm QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt [27]; QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp [28]; QCVN 28:2010/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải y tế [51]; QCVN 25:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải của bãi chôn lấp chất thải rắn [52] Đối với địa bàn Thủ đô Hà Nội thì áp dụng QCVN 02:2014/BTNMT là Quy chuẩn kỹ thuật về nước thải công nghiệp trên địa bàn thủ đô Hà Nội [44] thay cho QCVN 40-2011/BTNMT Giá trị giới hạn tối đa cho phép trong QCVN 02:2014/BTNMT tương đương QCVN 40-2011/BTNMT, chỉ khác là QCVN 02:2014/BTNMT quy định cụ thể Kq (hệ số nguồn thải), Kf (hệ số nguồn tiếp nhận) cho từng nguồn tiếp nhận trên địa bàn thủ đô Hà Nội Các QCVN này có hai mức giới hạn cột

A (khi nguồn tiếp nhận dùng mục đích cho nước cấp sinh hoạt) và cột B (nguồn khác)

24

Trước ngày 1/1/2015, đặc biệt là trước khi có QCVN (trước năm 2008), nước thải sau

xử lý của các nhà máy XLNT tập trung chủ yếu được thiết kế theo TCVN 7222:2002 TCVN 7222:2002 không phải là quy định cho nước thải sau xử lý phù hợp với nguồn tiếp nhận, chỉ là quy định đối với các cấp xử lý trong dây chuyền công nghệ của nhà máy XLNT [53]

Đối chiếu các quy định thì quy chuẩn cho phép (QCCP) đối với nước thải sau xử lý của lưu vực sông Cầu Bây như cột (5) Bảng 1-2 QCCP này tương đương cột A của QCVN 02:2014/BTNMT (cũng tương đương QCVN 40-2011/BTNMT) với hệ số kq = 0,9, kf = 0,9; đồng thời đạt cột A của các QCVN 14:2008/BTNMT, QCVN 28:2010/BTNM, QCVN 25:2009/BTNMT và đạt mức 2 của TCVN 7222:2002 – là mức nhà máy XLNT

có xử lý thứ cấp

Bảng 1-2 Quy chuẩn cho phép đối với nước thải sau xử lý của lưu vực sông Cầu Bây

sông Cầu Bây (đã tính hệ số kq, kf)

lý, và một trong những công nghệ mới ra đời trong bối cảnh này là công nghệ SBR [54] Tiêu chuẩn Châu Âu (European Directive 91/217/CEE) quy định BOD (không oxy hóa N) là 25mg/l, COD 125mg/l, các thông số còn lại phụ thuộc dân số, trường hợp hơn 10.000 người (tương đương khoảng 2.000 ÷ 3.000m3/ngày) thì SS là 35mg/l, TP 1mg/l, TN 10mg/l [55] Trừ COD, các thông số khắt khe hơn QCCP Việt Nam

25

Quy định của cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US.EPA) năm 1972 quy định BOD5,

SS trung bình trong 30 ngày là 30mg/l, trung bình 7 ngày là 45mg/l Các thông số N, P được quy định phụ thuộc nguồn tiếp nhận và do các bang quy định Ví dụ việc xử lý TN

là bắt buộc đối với khu vực ngũ hồ, bang Florida [38], [56], nước thải công nghiệp phải

xử lý và không được xả vào hệ thống thu gom nước thải đô thị [57]

Tại các nước đang phát triển như Hàn Quốc quy định BOD5 là 20mg/l, COD 40mg/l,

SS 20mg/l khắt khe hơn QCCP Việt Nam cột A, trong khi đó TN là 60mg/l, TP 8mg/l [13] ngược lại không khắt khe bằng QCCP Việt Nam cột B

Tại Ấn Độ, đến tháng 5/2015 thậm chí còn chưa quy định TN, chỉ quy định COD là 250mg/l, BOD5 20mg/l, SS 30mg/l , đáng lưu ý là giới hạn cho phép của COD rất cao, không khắt khe như Việt Nam; trong khi đó BOD5 và SS khắt khe hơn Từ tháng 5/1015,

Ấn Độ áp dụng quy định mới trong đó quy định khắt khe hơn COD là 50mg/l, BOD510mg/l, SS 20mg/l, đồng thời quy định thêm thông số NH4+-N là 5mg/l, TN 10mg/l, không quy định TP Các bang có quy định khác nhau nhưng tối đa không được vượt quy định của chính phủ Liên bang [58], [59], [60] Từ tháng 5/2015 thì tất cả các thông số khắt khe hơn QCCP Việt Nam

Mỗi quốc gia quy định các thông số và giá trị giới hạn tương ứng khác nhau, tuy nhiên,

xu hướng chung là TN, TP đang được quy định ngày càng khắt khe hơn

1.3.2.4 Chất lượng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải

Chỉ có một Quy chuẩn Việt Nam QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước [61] QCVN 50:2013/BTNMT không quy định thông số nào thuộc các thông số ô nhiễm chủ yếu của sông Cầu Bây

1.4 Đặc tính chung của nước thải đô thị, đặc thù tại Việt Nam

1.4.1 Đặc tính chung của nước thải đô thị

Lịch sử nghiên cứu nước thải đô thị có hơn 100 năm nay Một trong những nghiên cứu đầu tiên về nước thải đô thị được biết đến là nghiên cứu bởi Dupre và Dibdin vào năm

1884 phát hiện rằng “sục khí vào nước thải có ảnh hưởng đến nước thải” Dù phát hiện

26

mới chỉ cho kết quả “ảnh hưởng rất nhỏ”, tuy nhiên đã mở ra kỷ nguyên mới cho xử

lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học Năm 1914, nghiên cứu đầu tiên về dạng phản ứng theo mẻ (mà sau này được phát triển là SBR) đồng thời với khái niệm

“bùn hoạt tính” được đưa ra [54], [62] Nhà máy XLNT đầu tiên được biết đến là hệ thống 300m3/ngày tại Salford, Anh được xây dựng vào năm 1914 ở quy mô thử nghiệm [63]

Nước thải sinh hoạt là thành phần chính của nước thải đô thị Nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khác nhau giữa các quốc gia, tuy nhiên dựa vào khoảng nồng độ có thể phân loại được Một trong những phân loại điển hình đối với nước thải sinh hoạt theo 4 mức như Bảng 1-3 [39], và theo 3 mức như Bảng 1-4 [38] Bảng 1-3

và Bảng 1-4 cho thấy có sự khác nhau tương đối lớn về khoảng nồng độ và tỷ lệ giữa các thông số ô nhiễm Tải lượng ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt của các nước và của Hà Nội như Bảng 1-5 cho thấy có sự khác nhau giữa các nước Tải lượng khác nhau, suất dùng nước khác nhau dẫn đến nồng độ các thông số trong nước thải sinh hoạt khác nhau

Bảng 1-3 Phân loại 4 mức theo độ đậm đặc của nước thải sinh hoạt