Luận án tiến sĩ nghiên cứu, đánh giá một số chỉ tiêu ô nhiễm bằng phương pháp mô hình hóa, làm cơ sở đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ vịnh cửa lục, vịnh hạ long, quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ơ NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320 -2 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà nội, năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320 -2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Trần Hiếu Nhuệ PGS.TS Trương Văn Bốn Hà nội, năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả Trần Đức Dũng ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành kết trình học tập, nghiên cứu tác giả, với giúp đỡ vô quý báu, tận tình Thầy giáo hướng dẫn, sở đào tạo, quan chủ quản, hệ nhà khoa học trước đồng nghiệp Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo, GS.TS.NGND Trần Hiếu Nhuệ PGS TS Trương Văn Bốn tận tình bảo, hướng dẫn suốt trình thực Luận án Xin cám ơn Bộ mơn Cấp nước, Khoa Kỹ thuật môi trường, Khoa Sau đại học, Trường Đại học Xây dựng chuyên gia, đồng nghiệp tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ NCS trình thực chương trình học tập trường Xin cám ơn Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động (nay Viện KHKT An toàn vệ sinh lao động Việt Nam), với tạo điều kiện cho trình học tập nghiên cứu; đồng thời hỗ trợ thực Đề tài: “Nghiên cứu, mô đánh giá lan truyền số kim loại nặng nguồn gốc công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nước ven biển Vịnh Hạ Long”, bước đầu tạo tiền đề cho hướng nghiên cứu Luận án Xin cám ơn Lãnh đạo Phịng thí nghiệm Trọng điểm quốc gia Động lực học Sông biển- Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, đồng nghiệp, chuyên gia Trung tâm Động lực học sông biển đóng góp ý kiến quý báu, đồng thời hỗ trợ tác giả quyền phần mềm sử dụng trình thực Luận án Xin chân thành cám ơn đến Công ty CP Kỹ thuật môi trường Đô thị nông thôn (CEETRA), bạn bè gia đình đồng hành tác giả suốt thời gian làm Luận án Trân trọng cám ơn Tác giả Trần Đức Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT…………………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN 1.1 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển giới 1.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa 1.1.2 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển giới 1.2 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam 11 1.2.1 Các nguồn thải vùng ven biển Việt Nam 11 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam 15 1.3 Tổng quan nghiên cứu ô nhiễm vùng biển Việt Nam 19 1.3.1 Các nghiên cứu áp dụng số chất lượng nước, tổng hợp phân tích kết quan trắc, đo đạc 19 1.3.2 Nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn áp dụng cho nhiễm biển ven bờ 22 1.3.3 Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám đánh giá chất lượng nước ven bờ 26 1.4 Tổng quan nghiên cứu ô nhiễm nước vịnh Cửa Lục 27 1.4.1 Khái quát chung khu vực nghiên cứu 27 1.4.2 Tình hình nghiên cứu chất lượng nước vịnh Cửa Lục 32 1.4.3 Hướng phát triển, nghiên cứu vấn đề trọng tâm Luận án 36 CHƯƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG 38 2.1 Sức chịu tải môi trường khả tự làm lưu vực 38 2.1.1 Cơ sở ước tính tải lượng nguồn thải khu vực 39 2.1.2 Dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh 47 2.1.3 Các tính tốn sức tải môi trường khu vực nghiên cứu 47 2.1.4 Đánh giá khả tự làm thuỷ vực 49 2.2 Các nguồn thải vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long 50 2.2.1 Nguồn thải sinh hoạt từ khu vực dân cư du lịch 50 iv 2.2.2 Nguồn thải từ hoạt động công nghiệp 53 2.2.3 Nguồn thải từ hoạt động chăn nuôi nuôi trồng thủy sản 56 2.2.4 Nguồn thải từ hoạt động giao thông vận tải, cảng biển 56 2.2.5 Nguồn tác động từ hoạt động lấn biển rửa trôi đất 57 2.3 Mô hình dịng chảy tải lượng nhiễm lưu vực- SWAT .58 2.3.1 Cân nước lưu vực 59 2.3.2 Q trình dịng chảy hệ thống sông 61 2.3.3 Ý nghĩa việc sử dụng mơ hình SWAT 63 2.4 Các mơ hình số phục vụ mô chất lượng nước 63 2.4.1 Mơ hình EFDC (Mỹ) 63 2.4.2 Mơ hình Delft3D-WAQ (Hà Lan) 64 2.4.3 Mơ hình MIKE21 (Đan Mạch) 66 2.4.4 Mơ hình khuyếch tán POL-2D 68 2.4.5 Mơ hình nhóm tác giả Đại học khoa học tự nhiên 69 2.4.6 Phân tích lựa chọn mơ hình tính tốn chất lượng nước 69 2.5 Mạng lưới quan trắc chất lượng nước sông vịnh cửa Lục - vịnh Hạ Long 71 2.6 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm thủy vực 72 CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG 74 3.1 Tải lượng ô nhiễm dự báo tải lượng ô nhiễm đổ vào vịnh Cửa Lục 74 3.1.1 Tải lượng chất gây ô nhiễm 74 3.1.2 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm 81 3.1.3 So sánh tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh đưa vào vịnh (năm 2018) dự báo (năm 2030) 87 3.2 Thiết lập mô hình tính tốn 88 3.2.1 Tài liệu sử dụng 88 3.2.2 Xây dựng lưới tính 89 3.2.3 Hiệu chỉnh mơ hình thủy lực 89 3.2.4 Hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước 93 3.3 Mô trạng 2018 (Scenario 1) 99 3.3.1 Thủy động lực 99 v 3.3.2 Mơ hình chất lượng nước 106 3.4 Kịch mô dự báo đến 2030 (Scenario 2) 115 3.4.1 Nhóm chất hữu 116 3.4.2 Nhóm dinh dưỡng 117 3.4.3 Nhóm kim loại nặng 121 3.5 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) dự báo (2030) 122 3.5.1 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) 122 3.5.2 Dự báo tổng lượng chất gây nhiễm tích lũy nước biển khả tiếp nhận đến 2030 126 CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC- VỊNH HẠ LONG 129 4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp 129 4.1.1 Cơ sở khoa học: 129 4.1.2 Cơ sở thực tiễn 130 4.2 Nhóm giải pháp phi cơng trình 133 4.2.1 Tăng cường thể chế sách .133 4.2.2 Điều chỉnh quy hoạch phát triển quy hoạch bảo vệ mơi trường 134 4.2.3 Hồn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo môi trường kiểm toán nguồn thải 136 4.2.4 Sử dụng công cụ kinh tế môi trường 137 4.2.5 Xã hội hoá bảo vệ môi trường vịnh, thông tin tuyên truyền, giáo dục, nâng cao nhận thức xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ mơi trường vịnh .138 4.3 Nhóm giải pháp cơng trình 138 4.3.1 Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: 138 4.3.2 Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm lò mỏ than 143 KẾT LUẬN .147 KIẾN NGHỊ .149 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 PHỤ LỤC PL-1 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ASEAN Association of Hiệp hội nước Đông Southeast AsianNations Nam Á BOD5 Bio chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CLN DO Chất lượng nước Dessolved Oxygen Lượng oxy hòa tan nước EFDC Environmental Fluid Dynamics Code Phần mềm thủy lực môi trường nước GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GESAMP Group of Experts on the Scientific Nhóm chuyên gia khía Aspects of Marine Environmental cạnh khoa học nhiễm Protection biển GPA Chương trình Hành động Tồn cầu Bảo vệ Môi trường Biển HSCTM Hydrodynamic, Sediment and Mơ hình thủy động lực, vận Contaminant Transport Model chuyển bùn cát chất ô nhiễm IMO International Maritime Organization KLN MODIS NASH Kim loại nặng Moderate Resolution Imaging Bộ cảm độ phân giải trung Spectroradiometers bình Nash-Sutcliffe model efficiency Hệ số hiệu mơ hình coefficient Nash-Sutcliffe NBVB NOAA Tổ chức Hàng hải quốc tế Nước biển ven bờ National Oceanic and Atmospheric Ban Quản lý Khí vii Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia ONMTB RACE Ơ nhiễm mơi trường biển; Rapid Assessment Coastal Environment Phương pháp đánh giá nhanh SST Sea surface temperature Nhiệt độ bề mặt nước biển SWAT Soil and Water Assessment Tool Công cụ đánh giá nước môi trường ven biển đất TIE Toxicity Identification Evaluation Quá trình đánh giá xác định độc tính TTB Trầm tích biển TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng UNEP United Nations Environment Chương trình Mơi trường Programme Liên Hợp Quốc United Nations Convention on Law Công ước Liên hợp quốc of the Sea Luật biển UNCLOS XLNT Xử lý nước thải HRU Đơn vị phản hồi thủy văn DHI Danish Hydraulic Institute Viện thủy lực Đan Mạch viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số đặc trưng hình thái sơng lưu vực vịnh cửa Lục 29 Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy theo tần suất sông khu vực nghiên cứu 29 Bảng 1.3: Đặc điểm phân phối dịng chảy năm sơng khu vực nghiên cứu 30 Bảng 2.1- Một số nguồn thải gây nhiễm vùng nước biển ven bờ 38 Bảng 2.2: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt hiệu suất xử lý nước thải 41 Bảng 2.3: Thành phần nước thải số ngành cơng nghiệp điển hình 42 Bảng 2.4: Tải lượng thải đơn vị chăn nuôi (kg/năm) 44 Bảng 2.5: Hệ số phát thải từ nuôi thủy sản 44 Bảng 2.6: Đơn vị thải lượng ô nhiễm rửa trôi đất (kg/m2/ ngày mưa) 45 Bảng 2.7: Tỷ lệ rửa trôi chất gây ô nhiễm từ nhóm nguồn thải ven bờ 45 Bảng 2.8: Hiện trạng khu xử lý chất thải rắn tiếp nhận rác thải thành phố Hạ Long 46 Bảng 2.9: Tổng lượng nước thải số xã, phường xả thải vào vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.10: Thải lượng trạm xử lý nước thải quanh vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.11: Một số nguồn phát sinh nước thải công nghiệp khu vực nghiên cứu 53 Bảng 2.12: Sản lượng than khai thác địa bàn thành phố Hạ Long 54 Bảng 2.13: Mạng lưới điểm quan trắc môi trường nước 71 Bảng 2.14: Tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam với thơng số tính toán 72 Bảng 3.1: Các thành phần đặc trưng nước thải sinh hoạt chưa xử lý 74 Bảng 3.2: Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt, du lịch người dân khu vực năm 2018 (tấn/năm) 75 Bảng 3.3: Lượng nước thải đất đá thải từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (triệu m3) 75 Bảng 3.4: Thành phần trung bình nước thải ngành than khu vực vịnh cửa Lụcvịnh Hạ Long 76 Bảng 3.5: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 76 Bảng 3.6: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 77 ix Bảng 3.7: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động công nghiệp khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 77 Bảng 3.8: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh chăn nuôi khu vịnh cửa Lục (tấn/năm) 78 Bảng 3.9: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động nuôi thuỷ sản khu vực vịnh cửa Lục (tấn/năm) 78 Bảng 3.10: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động tàu thuyền phục vụ du lịch khu vực vịnh Hạ Long (tấn/năm) 79 Bảng 3.11: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ tiểu khu vực thành phố Hạ Long huyện Hoành Bồ (tấn/năm) 79 Bảng 3.12: Tổng tải lượng chất gây ô nhiễm đưa vào vịnh từ tiểu khu vực Hoành Bồ, TP Hạ Long từ vịnh Cửa Lục (tấn/năm) 80 Bảng 3.13: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm từ sinh hoạt dân cư khách du lịch khu vực vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) 81 Bảng 3.14: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực Vịnh Hạ Long (tấn/năm) 82 Bảng 3.15: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 83 Bảng 3.16: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nguồn công nghiệp năm 2030 (tấn/năm) 83 Bảng 3.17: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn từ chăn nuôi khu vực vịnh cửa Lục (tấn/năm) 84 Bảng 3.18: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn từ nuôi thuỷ sản khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) 84 Bảng 3.19: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm (tấn/năm) phát sinh từ khu vực vịnh cửa Lục năm 2030 85 Bảng 3.20: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm đưa vào vịnh từ tiểu khu vực thành phố Hạ Long vịnh năm 2030 (tấn/năm) 86 Bảng 3.21: So sánh tải lượng chất ô nhiễm vịnh cửa Lục dự báo đến 2030 (tấn/năm) 87 x Bảng 3.22- Bộ thơng số lựa chọn mơ hình thủy lực 93 Bảng 3.23 Các thông số modun ECOLAB mơ hình MIKE 97 Bảng 3.24: Tổng lượng chất gây ô nhiễm tối đa phạm vi xác định vịnh cửa Lục chấp nhận theo TCVN 124 Bảng 3.25: Khối lượng chất gây ô nhiễm tích lũy nước biển vịnh Cửa Lục, mùa mưa mùa khô 2017 124 Bảng 3.26: Khối lượng chất gây nhiễm chấp nhận thêm mà không gây ô nhiễm môi trường theo TCVN 125 Bảng 3.27: Khả tiếp nhận (tấn/ngày) khả đạt tải vịnh cửa Lục 126 Bảng 3.28: Khối lượng chất gây nhiễm tích lũy nước biển vịnh Cửa Lục, mùa mưa mùa khô năm 2030 127 Bảng 3.29: Khối lượng chất gây nhiễm chấp nhận thêm mà không gây ô nhiễm môi trường mùa khô, mùa mưa năm 2030 128 Bảng 3.30: Khả tiếp nhận (tấn/ngày) khả đạt tải vịnh cửa Lục năm 2030 128 Bảng 4.1- Tổng hợp thông số ô nhiễm, nguồn thải khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng khu vực nghiên cứu 129 Bảng 4.2- Danh mục cơng trình xử lý nước thải tập trung xây dựng khu vực nghiên cứu 132 Bảng PL 2.1: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 11/2017 PL-3 Bảng PL 2.2: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 5/2018 PL-4 Bảng PL 3.1: Kết đo lưu lượng đo cầu Bãi Cháy đợt đo PL-5 Bảng PL 3.2: Mực nước đo cầu Bãi Cháy đợt đo PL-8 Bảng PL 3.3: Vận tốc thực đo trạm vịnh Cửa Lục PL-11 Bảng PL4 1: Các thông số thổ nhưỡng để mô thủy văn vịnh Cửa Lục PL-17 Bảng PL 2: Các loại hình sử dụng đất vịnh Cửa Lục PL-18 Bảng PL 3: Thông tin tập tin liệu thời tiết PL-19 Bảng PL5 1: Tính tốn tải lượng nhiễm phát sinh từ sinh hoạt người dân khu vực năm 2018 (tấn/năm) PL-24 Bảng PL5 2: Tính tốn tải lượng nhiễm phát sinh từ khách du lịch khu vực năm 2018 (tấn/năm) PL-25 xi Bảng PL5 3: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) PL-26 Bảng PL5 4: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) PL-27 Bảng PL5 5: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ hoạt động công nghiệp khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long PL-28 Bảng PL5 6: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh chăn nuôi khu vực Hạ Long (tấn/năm) PL-28 Bảng PL5 7: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh chăn ni khu vực Hồng Bồ (tấn/năm) PL-29 Bảng PL5 8: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hạ Long (tấn/năm) PL-30 Bảng PL5 9: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hoành Bồ (tấn/năm) PL-30 Bảng PL5 10: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ hoạt động tàu thuyền phục vụ du lịch khu vực vịnh Hạ Long (tấn/năm) PL-31 Bảng PL5 11: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-32 Bảng PL5 12: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn gốc từ công nghiệp đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-32 Bảng PL5 13: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-33 Bảng PL5 14: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn trực tiếp vịnh đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-34 Bảng PL5 15: Tính tốn tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt người dân khu vực năm 2030 (tấn/năm.) PL-34 Bảng PL5 16: Tính tốn tải lượng nhiễm phát sinh từ khách du lịch khu vực năm 2030 (tấn/năm) PL-35 Bảng PL5 17: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-36 Bảng PL5 18: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-37 xii Bảng PL5 19: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh chăn nuôi khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-37 Bảng PL5 20: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh chăn ni khu vực Hồng Bồ năm 2030 (tấn/năm) PL-38 Bảng PL5 21: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-39 Bảng PL5 22: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hồnh Bồ năm 2030 (tấn/năm) PL-39 Bảng PL5 23: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) PL-40 Bảng PL5 24: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) PL-41 xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hàm lượng chất rắn lơ lửng nước biển ven bờ 16 Hình 1.2 Chỉ số COD nước biển ven bờ 17 Hình 1.3 Diễn biến hàm lượng NH4+ trung bình nước biển ven bờ số khu vực ven biển giai đoạn 2010 -2014 17 Hình 1.4 Vị trí địa lý vịnh Cửa Lục phụ cận ảnh vệ tinh 28 Hình 2.1 Sơ đồ luồng nguồn phát thải tải nhiễm 39 Hình 2.2 Một số cơng trình cấp nước sinh hoạt thị cơng nghiệp quanh vịnh Cửa Lục 42 Hình 2.3 Trạm xử lý nước thải Licogi Cột 5- cột 52 Hình 2.4 Sơ đồ chu trình thủy văn pha đất 59 Hình 2.5 Chu trình Nitơ 61 Hình 2.6 Chu trình Photpho 61 Hình 2.7 Sơ đồ q trình diễn dịng chảy 62 Hình 2.8 Vị trí điểm quan trắc mơi trường 72 Hình 3.1 Vị trí nghiên cứu địa hình miền tính tốn 89 Hình 3.2 Vị trí trạm đo thủy văn 91 Hình 3.3 So sánh mực nước thực đo tính tốn trạm Bãi Cháy (tháng 11) 91 Hình 3.4 So sánh vận tốc thực đo tính tốn trạm V (tháng 11) 92 Hình 3.5 So sánh mực nước thực đo tính tốn trạm Bãi Cháy (tháng 5) 92 Hình 3.6 So sánh vận tốc thực đo tính tốn trạm V (tháng 5) 92 Hình 3.7 So sánh hàm lượng trầm tích lơ lửng trạm Bãi Cháy 94 Hình 3.8 So sánh độ mặn tháng 11/2017 95 Hình 3.9 So sánh hàm lượng BOD5 tháng 11/2017 95 Hình 3.10 So sánh hàm lượng Mn tháng 11/2017 95 Hình 3.11 So sánh hàm lượng Fe tháng 11/2017 96 Hình 3.12 So sánh hàm lượng BOD5 tháng 5/2018 96 Hình 3.13 So sánh hàm lượng Fe tháng 5/2018 96 Hình 3.14 So sánh hàm lượng Mn tháng 5/2018 97 Hình 3.15 Trường dịng chảy triều lên, mùa khơ thời kỳ nước lớn 101 Hình 3.16 Trường dịng chảy triều xuống, mùa khô thời kỳ nước lớn 101 xiv Hình 3.17 Trường dịng chảy thời kỳ nước rịng, mùa khơ 102 Hình 3.18 Trường dịng chảy triều lên, mùa mưa thời kỳ nước lớn 102 Hình 3.19 Trường dòng chảy triều xuống, mùa mưa thời kỳ nước lớn 103 Hình 3.20 Giá trị vận tốc số vị trí vịnh thời kỳ mùa khơ 104 Hình 3.21 Giá trị vận tốc số vị trí vịnh thời kỳ mùa mưa 105 Hình 3.22 Phân bố nồng độ BOD5 lớn mùa khô 106 Hình 3.23 Phân bố nồng độ BOD5 lớn mùa mưa 107 Hình 3.24 Phân bố nồng độ NH4+ lớn mùa mưa 107 Hình 3.25 Phân bố nồng độ NH4+ lớn mùa khơ 108 Hình 3.26 Phân bố nồng độ NO3- lớn mùa mưa 108 Hình 3.27 Phân bố nồng độ NO3- lớn mùa khơ 109 Hình 3.28 Phân bố nồng độ PO43- lớn mùa mưa 110 Hình 3.29 Phân bố nồng độ PO43- lớn mùa khô 110 Hình 3.30 Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa mưa 111 Hình 3.31 Độ dày trầm tích lơ lửng lớn mùa mưa 112 Hình 3.32 Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa khơ 112 Hình 3.33 Độ dày trầm tích lơ lửng lớn mùa khơ 113 Hình 3.34 Phân bố nồng độ Fe lớn mùa mưa 114 Hình 3.35 Phân bố nồng độ Fe lớn mùa khơ 114 Hình 3.36 Phân bố nồng độ Mn lớn mùa mưa 115 Hình 3.37 Phân bố nồng độ BOD5 lớn mùa khơ 116 Hình 3.38 Phân bố nồng độ BOD5 lớn mùa mưa 117 Hình 3.39 Phân bố nồng độ NH4+ lớn mùa mưa 117 Hình 3.40 Phân bố nồng độ NH4+ lớn mùa khơ 118 Hình 3.41 Phân bố nồng độ NO3- lớn mùa mưa 119 Hình 3.42 Phân bố nồng độ NO3- lớn mùa khơ 119 Hình 3.43 Phân bố nồng độ PO43- lớn mùa mưa 120 Hình 3.44 Phân bố nồng độ PO43- lớn mùa khơ 120 Hình 3.45 Phân bố nồng độ Fe lớn mùa mưa 121 Hình 3.46 Phân bố nồng độ Fe lớn mùa khô 121 Hình 3.47 Phân bố nồng độ Mn lớn mùa mưa 122 Hình 4.1 Các khu vực bị nhiễm nghiêm trọng khu vực nghiên cứu 130 xv Hình 4.2 Thiết bị mơ tả cơng nghệ AAO-MBBR 139 Hình 4.3 Cấu tạo Module FRP-MBBR-100 (ví dụ điển hình) 139 Hình 4.4 Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải FRP-MBBR 142 Hình 4.5 Thiết bị mơ tả q trình xử lý keo tụ - lắng lamen - lọc mangan 143 Hình 4.6 Cấu tạo hệ lọc Nanofilter-NF (ví dụ điển hình) 144 Hình 4.7 Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải ngành than 146 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Vấn đề ô nhiễm môi trường biển từ lâu vấn đề mang tính chất tồn cầu Nó khơng dừng lại khu vực bị ô nhiễm mà cịn mang tính chất vùng, miền, xun quốc gia Đây thách thức lớn trì, phát triển bền vững vùng, quốc gia có biển Trên giới có nhiều nghiên cứu đánh giá ô nhiễm môi trường biển theo nhiều hướng tiếp cận khác Tuy nhiên, Việt Nam, nghiên cứu đánh giá trình lan truyền chất, sức tải mơi trường…vẫn cịn hạn chế Điều cải thiện với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ môi trường nay, việc nghiên cứu vùng biển diện rộng thuận lợi nhờ công nghệ viễn thám, GIS kết hợp cơng nghệ tính tốn mơ đại Vịnh Cửa Lục vịnh nhỏ thông vịnh Hạ Long thuộc tỉnh Quảng Ninh Vịnh có chế độ thủy động lực phức tạp, chịu ảnh hưởng chế độ thủy triều từ biển dòng chảy từ sơng Bên cạnh đó, xung quanh vịnh vịnh có nhiều hoạt động phát triển kinh tế - xã hội cảng biển, khu đô thị, nhà máy xi măng, nhiệt điện, khai thác khoáng sản, … Số liệu quan trắc môi trường nước Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Ninh cho thấy, phát triển kinh tế - xã hội quanh vịnh Cửa Lục có động đáng kể đến môi trường nước vịnh Vấn đề đánh giá xác định sở khoa học mức độ tác động hoạt động xung quanh vịnh Cửa Lục đến môi trường nước để đảm bảo phát triển bền vững cần thiết Trong nhiều năm qua, số cơng trình nghiên cứu đến mối quan hệ phát triển kinh tế - xã hội diễn biến chất lượng môi trường vịnh Cửa Lục thực Các dự án sử dụng quan điểm lưu vực kiểm kê nguồn thải lượng chất gây nhiễm Tuy nhiên chưa có cơng trình nghiên cứu tổng hợp sở kết hợp đặc điểm lưu vực quy hoạch, phát triển nghiên cứu phục vụ đánh giá môi trường vịnh Cửa Lục Cũng chưa có nghiên cứu khả chịu tải vịnh Cửa Lục Bên cạnh đó, có số cơng trình nghiên cứu xói mịn, bồi lắng ô nhiễm môi trường nước vịnh Cửa Lục, song chưa nghiên cứu sâu đánh giá xác định sở khoa học độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan sau khai thác than liên quan đến bồi lắng vịnh Cửa Lục, đó, xói mịn, bồi lắng nhiễm mơi trường nước yếu tố quan trọng đe doạ phát triển bền vững lưu vực vịnh Cửa Lục giai đoạn Từ vấn đề nêu cho thấy việc nghiên cứu, đánh giá sức tải, trình trao đổi nước ảnh hưởng đến ô nhiễm môi trường đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước khu vực vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long cần thiết Việc nghiên cứu thành cơng nội dung có ý nghĩa khoa học thực tiễn, phục vụ công tác quản lý phát triển bền vững môi trường vịnh cửa Lục nói riêng, vịnh mơi trường ven biển nói chung Đây mục tiêu thực Đề tài Luận án: “Nghiên cứu, đánh giá số tiêu ô nhiễm phương pháp mơ hình hóa, làm sở đề xuất số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ Vịnh Cửa Lục, Vịnh Hạ Long, Quảng Ninh” Mục đích, nội dung nghiên cứu Mục tiêu luận án: - Xác lập trạng (năm 2018) chất lượng nước biển ven bờ vịnh Cửa Lụcvịnh Hạ long thông qua 06 tiêu đánh giá chất lượng nước (BOD 5, NH4+, NO3-, PO43, Fe, Mn); - Dự báo (đến năm 2030) thay đổi chất lượng nước biển ven bờ, đánh giá sức tải môi trường vịnh Cửa Lục (theo quy hoạch phát triển KTXH, quy hoạch bảo vệ môi trường phê duyệt); - Đề xuất giải pháp để quản lý, kiểm soát, giảm thiểu, cải thiện ô nhiễm môi trường nước biển ven bờ khu vực Vịnh Cửa Lục - Vịnh Hạ Long Các nội dung nghiên cứu bao gồm: Nội dung 1: Tổng quan trạng, thống kê tải lượng thải nguồn thải từ sông, nhà máy, khu công nghiệp, nguồn từ giao thông, dân cư khu vực liên quan đổ vào vịnh Cửa Lục- vịnh Hạ Long; Nội dung 2: Xác định trạng chất lượng nước khu vực nghiên cứu: - Thu thập liệu vịnh Cửa Lục: địa chất, địa hình, khí tượng thủy văn, thủy động lực, nguồn xả thải (nhà máy, khu công nghiệp, nhánh sơng đổ vào ); - Lập mơ hình mô điều kiện biên vịnh Cửa Lục vùng ven bờ vịnh Hạ Long; đo thực tế thủy hải văn lưu lượng 02 mặt cắt sông Diễn Vọng (cầu Bang) eo Cửa Lục (cầu Bãi Cháy); - Quan trắc thực tế chất lượng nước vịnh Cửa Lục vùng ven bờ vịnh Hạ Long: lập mạng lưới điểm quan trắc, thực quan trắc (2 đợt: tháng 11/2017 tháng 5/2018; đợt 02 lần đo đỉnh triều chân triều); - Chạy mơ hình mơ phỏng, kiểm định, hiệu chỉnh kịch mơ Nội dung 3: Phân tích, đánh giá biến đổi chất lượng nước từ năm 2011 đến 2018; dự báo khả thay đổi tải lượng thông số ô nhiễm, dựa vào Quy hoạch kinh tế xã hội (đến năm 2030); Nội dung 4: Xác định ngưỡng chịu tải vịnh Cửa Lục: xác định lực môi trường đánh giá khả tự làm tự nhiên, sức tải môi trường vịnh; Nội dung 5: Đề xuất giải pháp phi cơng trình (quản lý, sách), giải pháp cơng trình (các cơng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ xử lý nước thải công nghiệp - khai thác than ) để áp dụng khu vực nghiên cứu Sơ đồ khối thực nội dung nghiên cứu thuộc Luận án sau: Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước biển ven bờ vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ Long, Quảng Ninh Trong phạm vi luận án, chất lượng nước biển ven bờ đánh giá thơng qua 06 tiêu: nhu cầu oxy hóa sinh hóa ngày (BOD5); hàm lượng chất dinh dưỡng (NH4+; NO3-, PO43-), hàm lượng kim loại nặng (Fe, Mn) có nước biển ven bờ Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi địa lý: Khu vực liên quan đến dịng chảy: tồn vịnh Cửa Lục (bao gồm nguồn đổ trực tiếp xuống vịnh, nhánh sông lưu vực liên quan), vịnh Hạ long (bán kính 1.5 km từ vị trí cầu Bãi cháy- vị trí từ vịnh Cửa Lục đổ vịnh Hạ Long); - Phạm vi vấn đề nghiên cứu: trình nghiên cứu lan truyền chất nước biển ven bờ, giới hạn việc vận chuyển khuếch tán vật chất theo dòng chảy tổng hợp; - Phạm vi thời gian nghiên cứu: từ năm 2011 đến 2018 dự báo đến năm 2030 Cơ sở khoa học ... trường ven biển nói chung Đây mục tiêu thực Đề tài Luận án: ? ?Nghiên cứu, đánh giá số tiêu ô nhiễm phương pháp mơ hình hóa, làm sở đề xuất số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ Vịnh Cửa. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ơ NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC... Cửa Lục, Vịnh Hạ Long, Quảng Ninh? ?? Mục đích, nội dung nghiên cứu Mục tiêu luận án: - Xác lập trạng (năm 2018) chất lượng nước biển ven bờ vịnh Cửa Lụcvịnh Hạ long thông qua 06 tiêu đánh giá chất