Nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, phục vụ công tác cấp pháp xả nước thải

Mực nước cao nhất và thấp nhất thời kỳ quan trắc...44 Bảng 3.3: Đánh giá khả năng xáo trộn của các chất ô nhiễm trên đoạn sông Thương nghiên cứu...58 BẢNG VIẾT TẮT KNTN...Khả năng tiế

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CỤC QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC -$$$ -

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI CỦA NGUỒN NƯỚC PHỤC VỤ CÔNG TÁC CẤP PHÉP XẢ NƯỚC THẢI

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

Đặt vấn đề 5

Mục tiêu, phạm vi, mức độ và đối tượng nghiên cứu 5

Nội dung nghiên cứu chủ yếu 6

Các hoạt động nghiên cứu 6

1 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN 8

1.1 Khái niệm khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước 8

1.1.1 Xuất xứ 8

1.1.2 Một số khái niệm liên quan 8

1.1.3 Các định nghĩa 9

1.2 Sự xáo trộn và biến đổi của nước thải trong sông 10

1.2.1 Xáo trộn của nước thải theo độ rộng sông 10

1.2.2 Xáo trộn của nước thải theo độ sâu sông 11

1.2.3 Biến đổi nồng độ chất ô nhiễm của nước thải vào nước sông 12

1.2.4 Mức độ xáo trộn 13

1.3 Cơ sở và căn cứ đánh giá khả năng tiếp nhận 13

1.3.1 Vấn đề đánh giá KNTN 13

1.3.2 Mục đích sử dụng nước và tiêu chuẩn chất lượng nước mặt 14

1.3.3 Đặc điểm của nguồn nước tiếp nhận 16

1.3.4 Đặc điểm của nguồn nước thải 17

1.3.5 Các yếu tố về thời tiết, khí tượng 18

1.3.6 Tiêu chuẩn xả thải và cấp phép xả nước thải 18

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN 20

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 20

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 20

2.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 21

2.2 Đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn hoàn toàn 22

2.2.1 Yêu cầu thực tế 22

2.2.2 Các điều kiện áp dụng (hay các giải thiết) 23

2.2.3 Yêu cầu về số liệu 23

2.2.4 Cơ sở lý thuyết 24

2.2.5 Áp dụng bài toán thực tế 25

2.2.6 Hệ số hiệu chỉnh KNTN 26

2.2.7 Tính khoảng cách xáo trộn trong sông 27

2.2.8 Xác định hệ số khuếch tán Dy bằng đo đạc 29

2.3 Đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn không hoàn toàn 30

2.3.1 Các trường hợp nước thải không xáo trộn hoàn toàn với nước sông 30

2.3.2 Xác định khoảng cách xáo trộn 31

2.3.3 Công thức và kết quả tính hệ số Chezy 31

2.3.4 Kiểm tra mức độ xáo trộn của nước thải với nước sông 32

2.3.5 Đánh giá KNTN 32

2.4 Một số mô hình toán điển hình 33

3 ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KNTN 39

3.1 Trình tự và nội dung các bước đánh giá KNTN 39

3.2 Các yêu cầu khi đánh giá KNTN 40

3.2.1 Các trường hợp cần đánh giá KNTN 40

3.2.1 Yêu cầu về số liệu, tài liệu 40

3.3 Đánh giá KNTN cho sông Cầu và KCN Gang thép Thái Nguyên 41

3.2.1 Nước thải 41

3.2.2 Nguồn tiếp nhận 41

3.2.3 Kết quả tính toán 41

3.4 Sông Thương và Nhà máy Phân đạm Hà Bắc 44

3.4.1 Đặc điểm nguồn nước 44

3.4.2 Đặc điểm các nguồn xả 46

3.4.3 Đo thủy văn, lấy mẫu và phân tích chất lượng nước 48

3.5 Đánh giá chất lượng nước Sông Thương 54

3.5.1 Sông Thương và các hoạt động KT-XH liên quan 54

3.5.2 Diễn biến chất lượng nước trên đoạn sông Thương nghiên cứu 54

3.5.3 So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước 55

3.5.4 Đánh giá khả năng tiếp nhận của đoạn sông nghiên cứu 56

3.6 Ứng dụng mô hình MIKE 11 cho Sông Thương khu vực NM Đạm 56

3.6.1 Đánh giá khả năng xáo trộn của các chất ô nhiễm 56

3.6.2 Sơ đồ mô phỏng mạng lưới sông 56

3.6.3 Số liệu, tài liệu sử dụng trong mô hình 59

3.6.4 Hiệu chỉnh mô hình và các phương án mô phỏng 59

3.6.5 Kết quả mô phỏng và nhận xét 60

3.7 Đề xuất các phương án xả thải cho khu vực nghiên cứu 63

3.7.1 Phương án xử lý nước thải 63

3.7.2 Thời gian xả, Quy trình xả nước thải 63

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1 Kết luận 65

4.2 Kiến nghị 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 69

A Kết quả đợt đo năm 2004 69

B Kết quả đợt đo năm 2005 82

C Cơ sở lý thuyết và khả năng của một số mô hình chất lượng nước 91

LIỆT KÊ CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự xáo trộn của nước thải theo chiều rộng sông 10

Hình 1.2 Nước thải chỉ xáo trộn trên một phần mặt cắt ngang sông 10

Hình 1.3 Nước thải chỉ xáo trộn trên một phần sông 11

Hình 1.4 Sự xáo trộn của nước thải theo chiều sâu và chiều rộng sông 11

Hình 1.5 Nồng độ chất ô nhiễm thay đổi theo chiều ngang sông 12

Hình 1.6 Nồng độ các chất ô nhiễm suy giảm theo chiều dọc sông 12

Hình 2.1 Nước thải hòa trộn đều với nước sông 23

Hình 2.2 Mô tả khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông 27

Hình 2.3 Các đặc trưng trong tính khoảng cách xáo trộn 28

Hình 2.4 Xác định hệ số khuếch tán Dy bằng đo đạc 29

Hình 2.5 Đoạn sông tiếp nhận nước thải xáo trộn không hoàn toàn 30

Hình 2.6 Nước thải chỉ lan truyền theo một phần mặt cắt ngang sông 30

Hình 3.1 Hệ thống sông Thương, sông Lục Nam, sông Cầu 45

Hình 3.2 Sông Thương khu vực nghiên cứu và Trạm Thủy văn Phủ Lạng Thương 45

Hình 3.3 Cửa xả nước thải Nhà máy Phân đạm Hà Bắc 47

Hình 3.4 Điểm xả nước thải Nhà máy Phân đạm Hà Bắc 47

Hình 3.5 Kết quả đo lưu lượng, mực nước năm 2004 tại P.L.Thương 50

Hình 3.6 Kết quả đo mực nước năm 2005 tại P.L.Thương 50

Hình 3.7 Kết quả đo lưu lượng nước năm 2005 tại P.L.Thương 50

Hình 3.8 Sơ đồ lấy mẫu chất lượng nước 53

Hình 3.9 Sơ đồ tính toán mạng sông Thương 57

Hình 3.10 Quá trình biến đổi DO trên dọc đoạn sông tính toán 61

Hình 3.11 Quá trình biến đổi BOD 5 trên dọc đoạn sông tính toán 61

Hình 3.12 Quá trình biến đổi NH 4+ trên dọc đoạn sông tính toán 61

LIỆT KÊ CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các mức độ xáo trộn chất ô nhiễm trong sông 13

Bảng 1.2 Khả năng tiếp nhận ô nhiễm của nguồn cấp nước sinh hoạt 15

Bảng 1.3 Khả năng tiếp nhận của nguồn nước bảo vệ đời sống thủy sinh 16

Bảng 1.4 So sánh chất lượng nước sông với các Tiêu chuẩn chất lượng nước 19

Bảng 2.1 Giá trị của Hệ số hiệu chỉnh Fs 26

Bảng 2.2 Tính giá trị của hệ số Chezy cho một số loại đoạn sông 32

Bảng 2.3 Các thông số có thể mô phỏng trong MIKE 11-WQ 36

Bảng 2.4 So sánh các tính năng và đặc điểm của các mô hình 38

Bảng 3.1 Tính khả năng tiếp nhận của sông Cầu đối với nước thải của KCN Gang thép Thái Nguyên 42

Bảng 3.2 Mực nước cao nhất và thấp nhất thời kỳ quan trắc 44

Bảng 3.3: Đánh giá khả năng xáo trộn của các chất ô nhiễm trên đoạn sông Thương nghiên cứu 58

BẢNG VIẾT TẮT

KNTN Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

Qsông Lưu lựơng nước sông

Qxả Lưu lượng nước thải được xả ra sông

Csông Nồng độ của một chất ô nhiễm có sẵn trong nước sông

Cxả Nồng độ của một chất ô nhiễm có trong nước thải xả ra

Ctc Nồng độ cho phép của chất ô nhiễm theo TCVN

Lsông Tải lượng của 1 chất ô nhiễm có trong nước sông

Lxả Tải lượng của 1 chất ô nhiễm có trong nước thải

Ltc Tải lượng tối đa chất ô nhiễm cho phép có trong nguồn nước

V Lưu tốc trung bình của nước sông

Y Khoảng cách theo chiều ngang sông chịu ảnh hưởng nước thải

Ly Khoảng cách dọc sông kể từ điểm xả đến vị trí mặt cắt Y

Fs Hệ số hiệu chỉnh khả năng tiếp nhận

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Hiện nay, nước thải của nhiều cơ sở sản xuất, các khu công nghiệp, khu đô thị,

làng nghề được đổ vào sông, suối gây ô nhiễm nguồn nước, tác hại đến các sinh vật

sống dưới nước, đồng thời ảnh hưởng đến việc lấy nước sông dùng cho các mục đích

sử dụng khác nhau Một trong những biện pháp phòng, chống ô nhiễm nguồn nước là

cấp phép xả nước thải vào nguồn nước Nhà nước đã ban hành Nghị định

149/2004/NĐ-CP và Thông tư 02/2005/TT-BTNMT quy định và hướng dẫn việc cấp

phép thăm dò, khai thác, sử dụng tài nguyên nước và xả nước thải vào nguồn nước Do

vậy, công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước đang được Bộ TNMT và các Sở

TNMT khẩn trương triển khai thực hiện

Việc cấp phép xả nước thải vào nguồn nước là loại công việc hoàn toàn mới mẻ ở

nước ta Để thực hiện được công tác cấp phép đó, cần phải có những cơ sở khoa học

và thực tiễn xác đáng cùng với các phương pháp và những công cụ thích hợp để đánh

giá được khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước trong các điều kiện thực tế về

nguồn lực và khả năng quản lý ở các địa phương Cho đến nay, ở nước ta hầu như còn

rất ít các nghiên cứu thuộc lĩnh vực này Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá khả năng

tiếp nhận nước thải của nguồn nước, phục vụ công tác cấp phép xả nước thải cần thiết

và có ý nghĩa thực tiễn

Mục tiêu, phạm vi, mức độ và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài là cung cấp cơ sở và tiêu chí để:

a) Xác định khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước;

b) Đề xuất phương pháp và công cụ đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của

nguồn nước nhằm hỗ trợ công tác cấp phép xả nước thải

Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn về phạm vi nghiên cứu của Đề tài là đánh giá khả

năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước sông

Mức độ nghiên cứu: Lý thuyết về sự lan truyền, pha loãng, phân hủy, xáo trộn,

khuếch tán chất ô nhiễm trong nguồn nước sông rất rộng, liên quan đến nhiều lĩnh vực

và đã được nghiên cứu khá nhiều cả ở trong và ngoài nước Đề tài này không đi sâu

vào việc nghiên cứu phân tích tất cả các cơ sở lý thuyết đó, mà chỉ tập trung vào việc

rà sóat các phương pháp tính toán pha loãng, xáo trộn, khuếch tán chất ô nhiễm có

trong nước thải vào trong nước sông; xem xét các cơ sở thực tiễn, tiêu chí và căn cứ để

đánh giá khả năng tiếp nhận; rà soát các mô hình toán Từ đó, Đề tài lựa chọn và kiến

nghị áp dụng một số phương pháp, một số mô hình toán thích hợp cho việc đánh giá

khả năng tiếp nhận nước thải của các nguồn nước sông trong các điều kiện phù hợp về

trình độ và năng lực quản lý tài nguyên nước ở các địa phương của Việt Nam, phục vụ

trực tiếp cho công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước

Đối tượng nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu được lựa chọn là một đoạn sông

thuộc phần hạ lưu sông Thương gần thành phố Bắc Giang Đọan sông này nhận nước

thải chủ yếu từ Nhà máy Phân đạm Hà Bắc Nguồn nước thải của Nhà máy cùng với

đoạn sông nhận nước thải là đối tượng chủ yếu của Đề tài nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu chủ yếu

Các nội dung chủ yếu của Đề tài nghiên cứu này gồm:

• Xem xét cơ sở và tiêu chí đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước sông trong các trường hợp xáo trộn khác nhau;

• Nghiên cứu, lựa chọn, đề xuất phương pháp hợp lý để đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước trong các trường hợp xáo trộn khác nhau;

• Rà soát các mô hình toán mô phỏng lan truyền, khuyếch tán chất ô nhiễm;

• Thu thập các tài liệu, đánh giá hiện trạng nguồn nước của đoạn sông nghiên cứu; Khảo sát, điều tra, thống kê và đánh giá các nguồn gây ô nhiễm; Đo đạc thuỷ văn, lấy và phân tích các mẫu nước; Phân tích tổng hợp tình hình chất lượng nước của vị trí nghiên cứu; ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng lan truyền, khuyếch tán chất ô nhiễm;

• Nghiên cứu, đề xuất các phương án xả nước thải cho khu vực nghiên cứu

Các hoạt động nghiên cứu

Các hoạt động của Đề tài đã được triển khai thực hiện theo các nội dung nghiên

cứu trong Đề cương được phê duyệt Trước hết, các thông tin về các nghiên cứu ở

trong và ngoài nước có liên quan đến các nội dung nghiên cứu của Đề tài đã tổng hợp

Tiếp đến, việc tổ chức các đợt điều tra, khảo sát thực tế khu vực nghiên cứu đã được

tiến hành để nắm thông tin về: Đặc điểm đoạn sông nghiên cứu, các nhập lưu, phân

lưu lân cận; Các công trình điều tiết trên sông có tác động đến dòng chảy như hệ thống

Hồ-Đập Cầu Sơn; Các trạm đo đạc thủy văn như trạm Phủ Lạng Thương, trạm Cầu

Sơn; Các điểm xả nước thải xung quanh khu vực; Tình hình sản xuất ở khu vực nghiên

cứu và các tác động đến đoạn sông Thương nghiên cứu

Việc lập kế hoạch, thiết kế đo đạc thủy văn, chất lượng nước đã được thực hiện

trên cơ sở kết quả điều tra, khảo sát thực tế cùng với những thông tin khác về điều kiện

thủy văn của hệ thống sông Thương Hai đợt đo thủy văn, lấy mẫu và phân tích nước

sông, nước thải đã được triển khai vào tháng 12/2004 và tháng 11/2005 Việc đo đạc

thủy văn, lấy mẫu và phân tích chất lượng nước được thực hiện bởi các cơ quan chuyên môn và phòng thí nghiệm có đủ năng lực và kinh nghiệm trong các lĩnh vực

này là Trung tâm Nghiên cứu Môi trường thuộc Viện Khí tượng-Thủy văn và Môi

trường và Trung tâm Mạng lưới Khí tượng-Thủy văn và Môi trường thuộc Bộ TNMT

Đề tài đã nghiên cứu, tổng hợp và trình bày các yêu cầu về thông tin, tài liệu, tiêu

chuẩn cần thiết cho việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước sông

Đó là các Tiêu chuẩn Việt nam quy định về chất lượng nước nguồn nước mặt, chất

lượng nước thải và các thông tin cần thiết bao gồm: Mục đích sử dụng của nguồn

nước; Đặc điểm nguồn nước tiếp nhận; Đặc điểm nguồn nước thải; Yếu tố về thời tiết,

khí hậu

Đề tài đã tiến hành phân tích các điều kiện xáo trộn thường xảy ra trong thưc tế

của nước thải với nước sông Trên cơ sở đó, Đề tài đã đề xuất các phương pháp đánh

giá khả năng tiếp nhận nước thải trong các điều kiện xáo trộn hoàn toàn và xáo trộn

không hoàn toàn với những ví dụ cụ thể để minh họa

Tiếp theo, Đề tài đã tiến hành rà sóat một số mô hình toán điển hình từ đơn giản

đến phức tạp và khả năng ứng dụng trong thực tế của những mô hình này để tính toán,

phân tích sự lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm; đồng thời chỉ rõ các điều kiện áp

dụng, yêu cầu về số liệu đo đạc và những ưu điểm và hạn chế khi áp dụng từng mô

hình trong điều kiện thực tế

Đề tài đã áp dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải

của nguồn nước cho đọan sông Thương được nghiên cứu với điểm xả chủ yếu là Nhà

máy Phân đạm Hà Bắc Từ kết quả phân tích, đánh giá, mô phỏng diễn biến chất lượng

nước khu vực nghiên cứu, Đề tài đã đề xuất các phương án xả, thời gian xả và quy

trình xả nước thải thích hợp cho Nhà máy Phân đạm nhằm giảm thiểu mức độ ô nhiễm

nguồn nước và tận dụng khả năng pha loãng, tự làm sạch của nguồn nước sông Thương

1 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN

1.1 Khái niệm khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.1.1 Xuất xứ

Khái niệm “Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước” (KNTN) có lẽ có xuất

xứ ở đâu đó trong các báo cáo hội thảo, các sách giáo khoa trong và ngoài nước Trong các văn bản quy phạm pháp luật của Việt Nam, Luật Tài nguyên nước (1998) có quy định tại Điều 18, Khoản 2 là: “Việc cấp phép xả nước thải vào nguồn nước phải căn cứ

vào khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước” Tuy nhiên, Luật Tài nguyên nước

và các văn bản dưới Luật đều không giải thích cụ thể về cụm từ này Đến nay, vẫn chưa

có một định nghĩa chung và thống nhất về khái niệm Khả năng tiếp nhận nước thải của

nguồn nước

1.1.2 Một số khái niệm liên quan

Do chưa có một định nghĩa chung và thống nhất về khái niệm Khả năng tiếp nhận

nước thải của nguồn nước, vì thế chúng ta hãy xem xét một số khái niệm tương tự hoặc

có liên quan dưới đây

Luật Bảo vệ Môi trường (2005) có giải thích từ cụm từ “Sức chịu tải của môi

trường” là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô

nhiễm

Từ điển Thuật ngữ kỹ thuật chuyên ngành thủy lợi Anh –Việt (Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2002) [3] có giải thích một số khái niệm sau:

- Khả năng tiếp nhận (Acceptance Capacity) (tại trang 975) là: Lượng chất gây ô

nhiễm mà một nguồn nước/thủy vực có thể chấp nhận mà độ ô nhiễm không

vượt quá một mức nhất định;

- Sự đồng hóa (Assimilation) (tại trang 976) là: Khả năng tự làm sạch của một

nguồn nước/thủy vực khỏi các chất gây ô nhiễm;

- Khả năng đồng hóa (Assimilative Capacity) (tại trang 961) là lượng các các

chất gây ô nhiễm mà một thủy vực/nguồn nước hay một vùng đất có thể hấp

thụ và trung hòa trước khi chúng bắt đầu gây ra sự suy giảm đáng kể tính đa

dạng sinh học và/hoặc chất lượng môi trường

Trong các sách giáo khoa về môi trường, khái niệm khả năng tiếp nhận nước thải gắn liền với sự đồng hóa hay khả năng tự làm sạch của nguồn nước

Trong những khái niệm và định nghĩa nêu trên, có khái niệm Khả năng tiếp nhận

(Acceptance Capacity) gần giống với khái niệm khả năng tiếp nhận nước thải của

nguồn nước mà Đề tài này đang xem xét và có phần nào gần đúng với thực tế của công

tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước của chúng ta hiện nay

1.1.3 Các định nghĩa

Hiện nay, trong công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước, các cơ quan cấp phép của Việt Nam phải xem xét nguồn nước tiếp nhận nước thải đang được sử dụng hoặc được quy định sử dụng với mục đích gì Với mỗi mục đích sử dụng nguồn nước thì có Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt tương ứng Các tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

do Nhà nước ban hành (TCVN) với mỗi giá trị giới hạn chỉ có thể áp dụng cho một lọai mục đích sử dụng cụ thể Ví dụ, các giá trị giới hạn trong cột A của TCVN 5942-1995

áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh họat, trong khi các giá trị giới hạn trong cột B của Tiêu chuẩn đó thì được áp dụng đối với nước mặt dùng cho các mục đích khác

Khi chất lượng nước của một đoạn sông, suối nào đó đã đạt đến giới hạn quy định theo mục đích sử dụng của nguồn nước đó thì có thể coi là đoạn sông, suối đó không

còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa Như vậy, có thể hiểu Khả năng tiếp nhận nước

thải của nguồn nước là khả năng của nguồn nước tiếp nhận nước thải đến một mức cho

phép nhất định Tại mức cho phép đó, nồng độ các thông số ô nhiễm có trong nước nguồn không được vượt quá giới hạn được quy định theo mục đích sử dụng của nguồn nước Cách làm này đã được áp dụng tại Cục Quản lý tài nguyên nước trong công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước hiện nay

Trên cơ sở đó, tác giả xin đề xuất một định nghĩa về khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước như dưới đây

Định nghĩa: Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước (KNTN) là khả năng của

nguồn nước có thể tiếp nhận lượng nước thải bị ô nhiễm được đặc trưng bởi thông số ô nhiễm mà không làm nguồn nước bị ô nhiễm theo quy chuẩn, tiêu chuẩn quy định

Định nghĩa nêu trên về Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước sẽ được

dùng làm cơ sở cho các phương pháp đánh giá KNTN sẽ trình bày trong Báo cáo này

Cùng với khái niệm KNTN đã được định nghĩa, có một khái niệm khác là Hệ số hiệu chỉnh KNTN sẽ được sử dụng như một công cụ hỗ trợ trong các phương pháp đánh giá KNTN Hệ số này sẽ được trình bày chi tiết tại Mục 2.2 của Báo cáo Tuy nhiên, để thuận tiện cho người đọc theo dõi các phần nội dung của Báo cáo, tác giả xin trình bày định nghĩa về Hệ số này như dưới đây

Định nghĩa: Hệ số hiệu chỉnh khả năng tiếp nhận (Fs) là hệ số được dùng để “hiệu

chỉnh” kết quả tính toán KNTN nước thải khi các điều kiện đưa vào tính toán không hoàn toàn đúng với các điều kiện thực tế ở đoạn sông Giá trị lớn nhất của Fs bằng một (1,0) khi các điều kiện giả thiết để tính toán phù hợp với điều kiện thực tế ở đoạn sông

1.2 Sự xáo trộn và biến đổi của nước thải trong sông

Để có cơ sở và căn cứ đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, trước hết chúng ta cần xem xét các hiện tượng xảy ra khi có một nguồn nước thải đổ vào một đoạn sông nào đó Sau khi nước thải được xả vào sông sẽ có đồng thời 2 quá trình xảy ra là: a)- Quá trình xáo trộn vật lý giữa nước thải vào nước sông; b)- Quá trình khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ trong nước sông Tuy nhiên, phạm vi của Đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu quá trình xáo trộn vật lý giữa nước thải với nước sông

1.2.1 Xáo trộn của nước thải theo độ rộng sông

Trên một đoạn sông, có một nguồn nước thải đổ vào tại một bên bờ phải của sông (Hình 1.1) Nếu kể từ điểm xả thì phải đến một khoảng cách nhất định (Ly) nào đó, nước thải mới có thể hòa trộn với nước sông đạt đến một độ rộng nhất định (Y) Khi độ rộng xáo trộn Y bằng độ rộng Bsông là lúc nước thải đã xáo trộn trên cả bề rộng sông

Hình 1.1 Sự xáo trộn của nước thải theo chiều rộng sông

Tuy nhiên, trong thực tế cũng có nhiều trường hợp xảy ra khi nguồn xả có lưu lượng nhỏ và sông rộng có lượng lớn thì nước thải chỉ có thể xáo trộn với nước sông và lan truyền ở một phần của mặt cắt ngang sông và chỉ đạt đến mức tối đa với chiều rộng

là Y (Hình 1.2)

Hình 1.2 Nước thải chỉ xáo trộn trên một phần mặt cắt ngang sông

Nhận xét: Như vậy, trong trường hợp thứ nhất (Hình 1.1) khi độ rộng xáo trộn Y

bằng độ rộng Bsông là lúc nước thải đã xáo trộn trên cả bề rộng sông, thì việc tính toán

đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông được tính toán cho cả bề rộng sông

Y

Ly Điểm xả

Nhưng trong trường hợp thứ hai (Hình 1.2), phần sông có chiều rộng bên trái là (Bsông-Y) không tham gia vào việc tiếp nhận nước thải, nên khả năng tiếp nhận nước thải của sông chỉ có thể được tính toán trên chiều rộng là Y, tức là phần sông bên phải

có nước thải xáo trộn với nước sông

Hình 1.3 Nước thải chỉ xáo trộn trên một phần sông

1.2.2 Xáo trộn của nước thải theo độ sâu sông

Nếu được xả trên mặt và tại giữa sông (Hình 1.4), thì phải đến một khoảng cách nào đó, nước thải mới có thể hòa trộn với nước sông đạt đến một độ sâu nhất định (Z)

Hình 1.4 Sự xáo trộn của nước thải theo chiều sâu và chiều rộng sông

Khi nước thải đã hòa trộn với nước sông ở đáy sông thì có thể coi là nước thải đã xáo trộn trên toàn bộ chiều sâu của sông

Trong trường hợp nước thải được “xả ngầm”, tức là miệng ống xả được đặt chìm dưới mặt nước, thì quá trình xáo trộn của nước thải vào nước sông theo chiều thẳng đứng bao gồm cả 2 quá trình xáo trộn từ vị trí miệng ống xả đến mặt nước và xáo trộn

x y

từ vị trí miệng ống xả xuống đến đáy sông

1.2.3 Biến đổi nồng độ chất ô nhiễm của nước thải vào nước sông

Khi nước thải hòa trộn với nước sông, nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải (Cxả) sẽ biến đổi theo không gian và thời gian Trên một mặt cắt ngang sông (Hình 1.5), trong vùng chịu ảnh hưởng của nước thải, nồng độ chất ô nhiễm là C1, C2; trong vùng chưa bị ảnh hưởng nước thải, nồng độ chất ô nhiễm là C3 (là nồng độ chất ô nhiễm có sẵn trong sông, hay Csông)

Hình 1.5 Nồng độ chất ô nhiễm thay đổi theo chiều ngang sông

Nồng độ các chất ô nhiễm thường bị suy giảm theo chiều dọc sông vì một số lý

do như bị phân hủy, biến đổi, lắng đọng Đây chính là quá trình tự làm sạch của

sông Khi nồng độ chất ô nhiễm giảm xuống có nghĩa là khả năng tiếp nhận nước thải

của sông tăng lên

Hình 1.6 Nồng độ các chất ô nhiễm suy giảm theo chiều dọc sông

Điểm xả nước thải tập trung

Quá trình tự làm sạch của sông làm giảm nồng độ chất ô nhiễm

Vùng ảnh hưởng

Điểm xả Qxả, Cxả

Csông

1.2.4 Mức độ xáo trộn

Trong thực tế, có một câu hỏi được đặt ra là khi nào thì một chất ô nhiễm có

trong nước thải được coi là đã xáo trộn hòan toàn với nước sông Như vậy, cần phải có

tiêu chí nào đó về sự khác biệt của nồng độ chât ô nhiễm để đánh giá mức độ xáo trộn

Các nhà khoa học đã đưa ra một số phương pháp khác nhau để đánh giá mức độ

xáo trộn Trong số đó, cách đơn giản và tiện lợi nhất là dùng tỷ số giữa sự khác biệt về

nồng độ (∆C) tại các vị trí khác nhau trên một mặt cắt ngang sông (kể cả theo chiều

ngang và theo chiều sâu của sông) so với giá trị trung bình của nồng độ chất ô nhiễm

(Ctb) trên mặt cắt ngang sông đó Đó là tỷ số ∆C/Ctb Tác giả đã tổng hợp thông tin

từ nhiều tài liệu khác nhau và trình bày trong bảng dưới đây các mức độ xáo trộn của

chất ô nhiễm trong sông được đánh giá theo tỷ số ∆C/Ctb

Bảng 1.1: Các mức độ xáo trộn chất ô nhiễm trong sông

Giá trị của tỷ số ∆C/Ctb Mức độ xáo trộn

1.3 Cơ sở và căn cứ đánh giá khả năng tiếp nhận

1.3.1 Vấn đề đánh giá KNTN

Từ những khái niệm nêu trên và từ những đặc điểm của sự xáo trộn, biến đổi của nước thải trong sông (như đã trình bày ở mục trước), thì để đánh giá KNTN, có một loạt các vấn đề được đặt ra là: Vị trí nào trên sông và thời điểm nào thích hợp cho việc đánh giá KNTN; Những yếu tố, điều kiện gì ảnh hưởng đến KNTN; Cơ sở nào, tiêu chí

gì, phương pháp, cách thức nào để đánh giá được KNTN đó; Những tiêu chuẩn nào được dùng cho việc quy định giới hạn cho phép về nồng độ các chất ô nhiễm Phần dưới đây sẽ đề cập đến các vấn đề đó

Việc đánh giá KNTN của một nguồn nước nào đó, trước hết phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước mặt cho mục đích sử dụng đó; tiếp đến là phụ thuộc vào các yếu tố tác động đến chất lượng của nguồn nước đó, bao gồm: Đặc điểm nguồn nước tiếp nhận; Đặc điểm nguồn nước thải; Các yếu tố về

thời tiết, khí hậu; Các mục dưới đây sẽ xem xét cụ thể về mục đích sử dụng của nguồn nước, tiêu chuẩn chất lượng nước và từng lọai yếu tố tác động đến chất lượng của nguồn nước với các quá trình xáo trộn của nước thải vào nước sông

1.3.2 Mục đích sử dụng nước và tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

Mục đích sử dụng của nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước mặt là 2 loại thông tin cần biết trước hết trong việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước Nguồn nước được sử dụng cho mục đích gì thì tương ứng cần có tiêu chuẩn chất lượng nước thích hợp

Mục đích sử dụng nước

Mỗi nguồn nước, mỗi đọan sông thường được dùng với một số mục đích khác nhau hoặc được khai thác sử dụng tổng hợp, chẳng hạn như cấp nước cho sinh hoạt, cấp nước cho nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, giao thông thủy, giải trí, du lịch,

Hiện nay đã có một số địa phương có quy định cụ thể về phân vùng khai thác, sử dụng nguồn nước cho các sông suối trên địa bàn của địa phương mình Tuy nhiên, hầu hết các địa phương trên toàn quốc đều chưa có quy định về phân vùng mục đích sử dụng cho các nguồn nước Việc phân vùng mục đích sử dụng nước sẽ được tiến hành trong các quy hoạch tài nguyên nước cho các lưu vực sông để bảo đảm sự thống nhất trong việc khai thác sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước

Trong những trường hợp chưa có quy định về mục đích sử dụng nước thì việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải cho một nguồn nước, một đoạn sông nào đó cần phải dựa vào tình hình thực tế đang khai thác sử dụng nguồn nước đó Chẳng hạn, tại đoạn sông nào đó có nhà máy nước đang lấy nước sông để cấp nước sinh hoạt cho nhân dân thì mục đích sử dụng nước của đoạn sông đó phải được coi là cấp nước sinh hoạt

• Mục đích sử dụng nguồn nước được xác định trên cơ sở các quy định, quy hoạch của

địa phương hoặc thực tế nguồn nước ở đoạn sông đang được sử dụng vào mục đích

cụ thể như cấp nước cho sinh hoạt, cấp nước cho nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản,

giao thông thủy, giải trí, du lịch,

• Mục đích sử dụng nguồn nước là căn cứ xác định Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

thích hợp, là cơ sở để xem xét trong đánh giá KNTN Trong trường hợp nguồn nước

được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau thì tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

được dùng để đánh giá KNTN là tiêu chuẩn cho mục đích sử dụng nước cao nhất

(nước sạch nhất)

• Mục đích sử dụng nguồn nước phải được UBND cấp tỉnh quy định cụ thể cho địa

phương mình, hoặc được xác định trong các quy hoạch tài nguyên nước được cấp có

thẩm quyền phê duyệt Trong những trường hợp khác (chưa có quy định hoặc chưa

có quy hoạch), thì mục đích sử dụng nguồn nước phải căn cứ vào tình hình thực tế

sử dụng nguồn nước ở đoạn sông

Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

Các tiêu chuẩn chất lượng nước mặt do Nhà nước ban hành với các giá trị giới hạn khác nhau và mỗi giá trị giới hạn chỉ có thể áp dụng đối với nước mặt dùng cho một lọai mục đích sử dụng cụ thể Ví dụ, các giá trị giới hạn trong cột A của TCVN 5942-1995 áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh họat, trong khi các giá trị giới hạn trong cột B của Tiêu chuẩn đó thì được áp dụng đối với nước mặt dùng cho các mục đích khác Nhà nước đã ban hành một số tiêu chuẩn nước mặt dùng cho các mục đích sử dụng khác nhau, đó là:

- TCVN 5942-1995 Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt;

- TCVN 6774-2000 Chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thủy sinh;

- TCVN 6773-2000 Chất lượng nước dùng cho thủy lợi

Khi xem xét liệu một đoạn sông nào đó đã bị vượt quá khả năng tiếp nhận nước thải hay chưa thì cần phải xem xét chất lượng nước của đoạn sông đó đã vượt quá tiêu chuẩn nước mặt thích hợp cho mục đích sử dụng nước của đoạn sông đó hay chưa

Nếu một nguồn nước sông hay một đọan sông nào đó được dùng để cấp nước cho sinh hoạt thì yêu cầu về chất lượng nước của đoạn sông đó phải đạt tiêu chuẩn về nước mặt loại A của TCVN 5942-1995 Khi chất lượng nước sông đã vượt quá TCVN 5942-

1995 loại A có nghĩa là đọan sông đó không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa Tuy nhiên, nếu nguồn nước của đoạn sông đó không được dùng để cấp nước cho sinh hoạt

mà chỉ cần bảo đảm cho đời sống thủy sinh thì chỉ khi nào chất lượng nước sông vượt quá TCVN 6774-2000 thì đoạn sông đó mới được coi là không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa

Bảng 1.2 trình bày khả năng tiếp nhận nước thải của 2 nguồn nước sông cấp nước cho sinh hoạt Chất lượng nước sông thực tế được so sánh với Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt TCVN 5942-1995 Có thể thấy rằng khi nồng độ BOD5 của nước sông vượt quá giới hạn giá trị 4 mg/l thì nước sông được coi như không còn khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm BOD5 nữa Ví dụ trong Bảng 1.3 cho thấy khả năng tiếp nhận của nguồn nước sông có mục đích sử dụng là bảo vệ đời sống thủy sinh, do vậy tiêu chuẩn chất lượng nước mặt được dùng để xem xét là TCVN 6774-2000

Bảng 1.2 Khả năng tiếp nhận ô nhiễm của nguồn cấp nước sinh hoạt

Chất lượng nước sông thực tế

Khả năng tiếp nhận của nước sông

Bảng 1.3 Khả năng tiếp nhận của nguồn nước bảo vệ đời sống thủy sinh

Chất lượng nước sông thực tế

Khả năng tiếp nhận của nước sông

Từ số liệu trong 2 bảng trên cho thấy, với trường hợp thứ 2, nước sông có nồng

độ BOD5 là 6 mg/l Nếu nguồn nước sông đó được dùng cấp nước sinh hoạt (Bảng 1.2) thì sông không còn khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm BOD5 nữa Nhưng nếu nguồn nước sông chỉ có mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh (Bảng 1.3) thì sông vẫn còn khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm BOD5

Một điều đáng lưu ý nữa là Nhà nước cũng có quy định về vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước cấp cho sinh hoạt Trong Luật Tài nguyên nước (1998), Điều 14 có quy định rõ: ”Cấm xả nước thải, đưa các chất thải gây ô nhiễm vào vùng bảo hộ vệ sinh của khu vực lấy nước sinh hoạt” Như vậy, nếu một đoạn sông nào đó đã được quy định là vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước sinh hoạt, thì không được phép xả nước thải vào đoạn sông đó bất kể nước thải đó có đạt tiêu chuẩn gì Hay nói cách khác, đoạn sông đó không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa

1.3.3 Đặc điểm của nguồn nước tiếp nhận

Lưu lượng nguồn nước, chế độ dòng chảy

Hiển nhiên là trong cùng một con sông với cùng các điều kiện khác về dòng chảy thì khi lưu lượng của sông càng lớn, khả năng pha loãng và tự làm sạch các chất ô nhiễm của nguồn nước cũng càng lớn

Tuy nhiên, trong cùng một con sông với cùng một giá trị lưu lượng thì dòng chảy có chế độ không ổn định (chẳng hạn do ảnh hưởng của thủy triều) thì khả năng xáo trộn của dòng chảy sẽ tăng lên nhiều so với dòng chảy ổn định Ở những đoạn sông chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều, mực nước và dòng chảy trong sông thay đổi nhiều nên khả năng xáo trộn chất ô nhiễm cũng tăng nhiều hơn so với những thủy vực ảnh hưởng của chế độ nhật triều

Hình thái địa hình lòng dẫn

Sông quanh co, địa hình đáy sông gồ ghề sẽ tạo điều kiện cho dòng nước hình thành ra nhiều các dòng chảy ngang, dòng chảy xoáy cục bộ trong sông và tác động đến khả năng xáo trộn, khuếch tán các chất ô nhiễm có trong nước Dòng nước có nhiều xoáy cũng sẽ tạo điều kiện cho ôxy trong không khí hòa tan vào nước, tác động đến quá trình sinh hóa diễn ra trong nước

Thành phần, nồng độ thông số ô nhiễm có trong nước sông

Không có nguồn nước sông nào là sạch tuyệt đối Trong nguồn nước sông có thể

có sẵn một số các chất ô nhiễm với các nồng độ khác nhau Nếu nồng độ của các thông

số ô nhiễm có sẵn trong nguồn nước càng cao thì càng hạn chế khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước đối với các chất ô nhiễm đó Ngoài ra trong nguồn nước sông luôn có sẵn một số các chất hóa học nhất định Nguồn gốc của các chất hóa học này là từ nước mưa rửa trôi trên mặt đất hoặc từ nước ngầm chảy chảy qua các tầng đất rồi chảy ra sông

Đặc điểm của hệ sinh thái thuỷ sinh

Trong nguồn nước ở những điều kiện bình thường, sẽ diễn ra chu trình kín và sự cân bằng giữa sự sống của các loài động, thực vật và vi sinh vật Các chất hữu cơ được

vi khuẩn ôxy hóa phân hủy thành các chất đơn giản, giải phóng ra CO2 Quá trình quang hợp của các loài thực vật dưới nước lại sử dụng CO2 và sản sinh ra ôxy Ôxy lại rất cần cho các loài động vật như tôm, cá, ốc, hến, Các loại cây cỏ thủy sinh cũng có tác động trực tiếp về mặt vật lý đến vận tốc dòng chảy như tạo ra các dòng rối làm tăng

sự xáo trộn chất ô nhiễm trong nước Tuy nhiên, nếu cỏ cây quá nhiều sẽ làm cản trở dòng chảy, dẫn đến nguồn nước bị tù đọng và có tác động xấu đế khả năng tiêu thoát chất ô nhiễm

Do vậy, hệ sinh thái thuỷ sinh là yếu tố tác động quan trọng đến khả năng xáo trộn, phân hủy, tự làm sạch của nguồn nước đối với các chất ô nhiễm Thông thường,

hệ sinh thái thủy sinh càng phong phú thì khả năng tự làm sạch của nguồn nước càng lớn Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng hệ sinh thái của các đầm lầy, các khu đất ngập nước để xử lý nước thải

1.3.4 Đặc điểm của nguồn nước thải

Thành phần, nồng độ thông số ô nhiễm có trong nước thải

Nước thải gồm nhiều loại với rất nhiều thành phần khác nhau và làm ô nhiễm nguồn nước theo các cách khác nhau Dưới đây là một số chất điển hình

Chất hữu cơ, chủ yếu từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, phân súc vật Lượng chất hữu cơ có thể phân huỷ bằng phương pháp sinh học đựoc đo bằng các thông số như: Nhu cầu ô xy sinh-hoá (BOD); nhu cầu ô xy hoá học (COD), tổng cac bon hữu cơ (TOC) và tổng nhu cầu ô xy

Kim loại nặng: Thông thường, kim loại nặng có xuất xứ từ các ngành công nghiệp khác nhau và một phần nhỏ từ thiên nhiên Những kim loại nặng chính là đồng, crôm, catmi, kẽm, chì, niken và thuỷ ngân

Muối hoà tan: Có nhiều loại muối có nguồn gốc từ việc khai thác mỏ hoặc một

số ngành công nghiệp khác như công nghiệp thực phẩm, hoá chất v v…

Các loại vi sinh vật: Mặc dầu vi sinh vật có mặt một cách tự nhiên trong mọi

loại nước, nước thải xả trực tiếp từ các nhà máy xử lý nước thải, bệnh viện, chuồng trại cũng có thể đưa các vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước và gây bệnh cho người và gia súc Thông số đặc trưng cho loại ô nhiễm này là coliform

Các đặc tính vật lý như nhiệt độ, độ đục, mầu nước, cũng đóng những vai trò quan trọng do tác động tới các thông số khác

Nếu xét theo khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước thì có thể phân nhóm các chất ô nhiễm thành các nhóm chính sau:

• Nhóm chất dễ phân hủy, suy giảm theo thời gian: BOD, COD, N, P,

• Nhóm chất khó phân hủy: TSS, Kim lọai nặng, dung môi hữu cơ

Với đặc điểm của từng nhóm đó, việc tính khả năng tiếp nhận sẽ khác nhau Với các chất khó phân hủy thì trong tính toán, nồng độ các chất đó được coi như không biến đổi theo thời gian Với những chất dễ phân hủy, suy giảm theo thời gian thì trong tính toán có thêm các phương trình của nồng độ biến đổi theo thời gian

Lưu lượng xả, phương thức xả, chế độ xả, vị trí xả

Lưu lượng nước thải có liên quan trực tiếp đến chế độ thủy lực và khả năng pha loãng của sông; do vậy, tác động trực tiếp đến khả năng tiếp nhận nước thải của sông

Các phương thức xả khác nhau (xả trên mặt, xả ngầm, xả đáy, xả ven bờ, xả giữa

sông, ) và chế độ xả khác nhau (liên tục hay gián đoạn) đều có tác động đến khả

năng pha loãng, khuếch tán, phân hủy chất ô nhiễm; do vậy, tác động đến khả năng

tiếp nhận nước thải của sông Chẳng hạn, nếu nước thải được xả ngầm vào giữa sông

thì các chất ô nhiễm sẽ được khuếch tán nhanh hơn nhiều so với phương thức xả tràn

nước thải ngay ven bờ sông đó

1.3.5 Các yếu tố về thời tiết, khí tượng

Nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí, áp suất khí quyển, bức xạ mặt trời là các yếu tố tác động đến: lượng ôxy hòa tan trong nước; sự phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật;

sự quang hợp của các loài thực vật dưới nước, Do vậy, các yếu tố về thời tiết, khi tượng là các yếu tố tác động không nhỏ đến khả năng phân hủy, tự làm sạch của nguồn nước đối với các chất ô nhiễm

1.3.6 Tiêu chuẩn xả thải và cấp phép xả nước thải

Nhà nước đã ban hành tiêu chuẩn xả thải cho một số loại nước thải Chẳng hạn TCVN 5945-2005 là Tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng cho nước thải công nghiệp Theo quy định, chất lượng nước thải công nghiệp khi chưa vượt quá TCVN 5945-2005, loại

A có thể đổ vào các vực nước thường được dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt Tuy nhiên, trong thực tế, nếu chất lượng nước sông đã ô nhiễm đến mức không còn khả năng tiếp nhận nữa như trong trường hợp 2 ở Bảng 1.4, thì dù nước thải có đạt tiêu chuẩn cho phép vẫn gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến mục đích sử dụng của nguồn nước

Bảng 1.4 So sánh chất lượng nước sông với các Tiêu chuẩn chất lượng nước

Chất lượng nước sông thực tế

Tiêu chuẩn chất lượng nước thải CNghiệp TCVN 5945-2005,loại A

Do vậy, trong công tác cấp phép xả nước thải, cần phải xem xét đánh giá khả năng tiếp nhận của nguồn nước trên cơ sở của các điều kiện thực tế của nguồn nước đó kết hợp với các tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (theo mục đích sử dụng của nguồn nước) và tiêu chuẩn chất lượng nước thải để quyết định việc cấp phép xả nước thải vào nguồn nước

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN

Trên cơ sở mức độ xáo trộn của chất ô nhiễm vào nước sông, các phương pháp

đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước được phân thành:

a) Phương pháp đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn hoàn toàn;

b) Phương pháp đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn không hoàn toàn;

c) Các phương pháp dùng mô hình toán

Trong thực tế, để đánh giá KNTN của một con sông hay một đoạn sông nào đó,

thì việc lựa chọn phương pháp nào thích hợp sẽ phụ thuộc vào các điều kiện về dòng

chảy, về số liệu khảo sát đo đạc, và về các công cụ mô hình toán mà người dùng có thể

có được

Trước khi xem xét các phương pháp đánh giá KNTN, tình hình nghiên cứu

trong và ngoài nước về lĩnh vực này được rà soát và tổng hợp ở mục dưới đây, trong

đó chủ yếu là 2 lĩnh vục có ảnh hưởng và tác độn trực tiếp đến việc đánh giá KNTN là

sự xáo trộn của vật chất trong môi trường nước và những lý thuyết, mô hình toán diễn

tả quá trình lan truyền chất, quá trình biến đổi hóa sinh hóa trong nước và các tác động

đến hệ sinh thái thủy sinh

2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt nam cho đến nay có lẽ chưa có một nghiên cứu nào đầy đủ và toàn diện

về vấn đề đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước; tuy nhiên, cũng đã

có khá nhiều các nghiên cứu về các khía cạnh có liên quan, đó là các nghiên cứu về:

Đánh giá sự xáo trộn của vật chất trong nguồn nước và tính toán các hệ số khuếch tán;

Mô hình toán mô phỏng sự lan truyền chất; Các quá trình biến đổi sinh hóa các chất ô

nhiễm trong nguồn nước,

i) Về đánh giá sự xáo trộn và hệ số khuyếch tán:

Trong Dự án Nghiên cứu xâm nhập mặn Đồng bằng Sông Cửu long, Giai đoạn

2 (1985-1987) các tác giả Ngô Thế Khải và Nguyễn Chí Công đã có một nghiên cứu

về Đánh giá Hệ số khuếch tán mặn tại một số vị trí trên dòng chính Mê kông [6]; và

tiếp đến, trong Giai đoạn 3 (1990-1993) tác giả Nguyễn Chí Công đã có nghiên cứu về

Đánh giá các điều kiện xáo trộn của hệ thống sông Mêkông [7] và nghiên cứu Một số

yếu tố ảnh hưởng đến phân bố mặn trên mặt cắt ngang [8] Dựa trên việc phân tích

các kết quả đo đạc chi tiết về phân bố độ mặn trên các mặt cắt ngang sông và kết hợp

với việc mô phỏng các kết quả đó, các nghiên cứu này đã chỉ ra được mối quan hệ

giữa các yếu tố thủy lực và sự phân bố độ mặn theo không gian, đồng thời đánh giá hệ

số khuyếch mặn với các điều kiện xáo trộn khác nhau ở hệ thống sông kênh Đồng

bằng sông Cửu long Những kết quả nghiên cứu này có thể tham khảo trong việc đánh

giá xáo trộn trong nguồn nước của các chất khó phân hủy như kim loại nặng, TSS, độ

mặn, đặc biệt trong những điều kiện xảy ra hiện tượng xáo trộn không đều hoặc phân

tầng về nồng độ chất ô nhiễm trong nguồn nước

ii) Về xây dựng và ứng dụng mô hình toán mô phỏng sự lan truyền chất:

Từ những năm 1980, PGS Nguyễn Như Khuê là một trong những người đầu

tiên ở Việt Nam xây dựng mô hình thủy lực VRSAP, sau đó đã đưa bài toán tính xâm

nhập mặn vào mô hình này Mô hình VRSAP đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn

quốc, phục vụ công tác quy hoạch nguồn nước và các nghiên cứu khác

Mô hình SAL do Nguyễn Tất Đắc xây dựng nhằm tính toán dòng chảy 1 chiều

không ổn định trong hệ thống sông kênh, có những ưu điểm về mô phỏng lan truyền

chất và chất lượng nước Các phiên bản của SAL đã được sử dụng tính dòng chảy,

mặn, phèn trong Qui hoạch tổng thể ĐBSCL; tính qui hoạch lũ cho Đồng bằng, đặc

biệt là dự án thoát lũ biển Tây và Qui hoạch lũ Đồng Tháp Mười Chương trình SALBOD được xây dựng từ những năm cuối thập niên 90, là phiên bản gần đây nhất

của SAL, đã mô phỏng lan truyền mặn và chỉ tiêu BOD và DO và dưỡng chất

Từ đó đến nay, cũng đã có khá nhiều tác giả Việt Nam phát triển lý thuyết và

xây dựng các mô hình toán để mô phỏng bài toán diễn biến chất lượng nước trong

sông Gần đây, tác giả Trần Đức Hạ có một nghiên cứu là: Mô hình hóa quá trình tự

làm sạch nguồn nước sông, hồ đô thị trông điều kiện Việt Nam [19] Một nghiên cứu

nữa là Nghiên cứu xây dựng mô hình chất lượng nước sông Hương theo chất hữu cơ

dễ phân hủy sinh học [20] của tác giả Trần Văn Quang xây dựng nhằm đánh giá diễn

biến chất lượng nước sông Hương và dự báo các xu thế biến đổi Trong nghiên cứu

này, một số đặc trưng cơ bản của quá trình lan truyền chất bao gồm: hệ số khuyếch

tán, hệ số tốc độ chuyển hóa các chất hữu cơ đã được xác định bằng thực nghiệm

Về lĩnh vực ứng dụng mô hình toán, đã có rất nhiều các cơ quan, đơn vị tư vấn

và các cá nhân sử dụng các phần mềm thương mại của thế giới để mô phỏng, đánh giá

chất lượng nước cho các nghiên cứu, dự án khác nhau Các phần mềm về chất lượng

nước đã và đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam bao gồm: MIKE 11, ISIS, DUFLOW, WASP, QUAL2E, và các phần mềm mô phỏng quá trình sinh hóa môi

trường nước cùng hệ sinh thái thủy sinh là AquaSoft, Aquatox,

2.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, việc nghiên cứu các điều kiện xáo trộn trong nguồn nước đã có từ

lâu Tài liệu điển hình tổng hợp các kiến thức về vấn đề Xáo trộn trong sông, hồ và

vùng ven biển (Mixing in inLands and Coastal Waters) của tác giả Fisher và đồng

nghiệp [5] đã tổng hợp khá đầy đủ cơ sở lý thuyết và các trường hợp xáo trộn của vật

chất trong các loại nguồn nước mặt

Trong tài liệu của tác giả Sanders và đồng nghiệp về Thiết kế mạng quan trắc

chất lượng nước (Design of Networks for Monitoring Water Quality) [2], có giới thiệu

cơ sở lý thuyết và công thức của một số phương pháp đơn giản xác định mức độ và

phạm vi lan truyền chất ô nhiễm trong sông đối với dòng ổn định Trong Chương trình

hỗ trợ ngành nước WaterSPS của Chính phủ Đan Mạch giúp đỡ Viêt Nam, các chuyên

gia Đan Mạch có giới thiệu một phương pháp đơn giản để đánh giá KNTN cho dòng

ổn định, một chiều trong sông Phương pháp đơn giản này sử dụng các thông số lưu

lượng sông, lưu lượng nước thải và nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải và có

trong nước sông để tính toán nồng độ chất ô nhiễm đã được pha trộn trong sông

Cơ sở lý thuyết về hóa môi trường có thể tìm thấy và được giới thiệu đầy đủ

trong tài liệu Hóa học cho Kỹ thuật Môi trường (Chemistry for Environmental

Engineering) của tác giả Sawyer và đồng nghiệp [21]

Đối với mô hình thủy lực và mô hình chất lượng nước, những tài liệu điển hình

có thể kể đến là Thủy văn ứng dụng (Applied Hydrology) của tác giả Chow [13], Các

vấn đề thực hành về Thủy lực sông ngòi tính toán (Practical Aspects of Computational

River Hydraulics) của Cung [14], Dòng không ổn định trong lòng dẫn hở (Unsteady

Flow in Open Channels) của Mahmood và Yevjevich [22], Thủy lực lòng dẫn hở

(Open-Channel Hydraulics) của French [23],

Đối với các phầm mềm như MIKE 11, QUAL2E, DUFLOW đều có sách hướng

dẫn giới thiệu cơ sở lý thuyết và cách sử dụng các mô hình này [15]

Ở Mỹ, việc đánh giá Khả năng đồng hóa (Assimilative Capacity) của nguồn

nước là cơ sở cho việc cấp các giấy phép xả nước thải cho các cơ sở xả nước thải, nhà

máy xử lý nước thải Việc đánh giá khả năng đồng hóa nước thải của nguồn nước được

dựa trên kết quả tính tổng tải lượng chất ô nhiễm cho phép mà nguồn nước có thể chấp

nhận trong một ngày Trong các cách tính toán khả năng đồng hóa chất o nhiễm có kể

đến hệ số tự làm sạch của nguồn nước (Stream self purification factor) Hệ số tự làm

sạch này được xác định cho các lọai nguồn nước sông có vận tốc và lưu lượng dòng

chảy khác nhau Việc đánh giá khả năng đồng hóa của nguồn nước còn phụ thuộc vào

loại chất ô nhiễm Với các chất ô nhiễm khó phân hủy như kim loại nặng, TSS, pH, độ

mặn, việc đánh giá KNTN cần lựa chọn phương pháp đánh giá thích hợp [24]

2.2 Đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn hoàn toàn

Trong thực tế, mức độ xáo trộn của chất ô nhiễm vào nước sông được coi là

hoàn toàn khi tỷ số giữa sự khác biệt về nồng độ (∆C) tại các vị trí khác nhau trên một

mặt cắt ngang sông so (kể cả theo chiều ngang và theo chiều sâu của sông) với giá trị

trung bình của nồng độ chất ô nhiễm (Ctb) trên mặt cắt ngang sông đó không vượt quá

10% Tức là (∆C/Ctb) < 0.1 (xem Bảng 1.1)

2.2.1 Yêu cầu thực tế

Bài toán Có một đoạn sông tương đối thẳng, mặt cắt ngang tương đối đều, dòng

chảy ổn định (hầu như không thay đổi theo thời gian) có lưu lượng là Qsông= 2 m3/s

với nồng độ của một chất ô nhiễm có trong nước nguồn là Csông= 0,01 mg/l Tại đoạn

sông, có một cơ sở sản xuất xả nước thải vào sông tại bờ phải (nhìn theo hướng dòng

chảy từ thượng lưu về) liên tục và ổn định với lưu lượng là Qxả=5000 m3/ngày với

nồng độ của chất ô nhiễm đó có trong nước thải là Cxả = 1,5 mg/l Mục đích sử dụng

nguồn nước của đoạn sông là bảo đảm bảo vệ đời sống thủy sinh Hãy tính nồng độ

chất ô nhiễm trong nước sông sau khi tiếp nhận nước thải và đánh giá khả năng tiếp

nhận nước thải của đoạn sông đó đối với chất ô nhiễm đã xác định

Hình 2.1 Nước thải hòa trộn đều với nước sông

2.2.2 Các điều kiện áp dụng (hay các giải thiết)

Phương pháp đánh giá KNTN được trình bày dưới đây là phương pháp tính toán pha loãng một cách đơn giản nhất của nước thải hòa trộn với nước sông

Vì vậy, cần thiết phải có những giả thiết để đơn giản hóa bài toán Hay nói cách

khác, các giả thiết này chính là các điều kiện áp dụng của bài toán Trong thực tế,

những giả thiết hay những điều kiện này vẫn có thể áp dụng với một mức độ chính xác

nhất định Các điều kiện áp dụng (hay giải thiết) đó là:

• Nước thải được coi như xáo trộn hoàn toàn sau khi hòa trộn với nước sông

• Đoạn sông thuộc vùng không bị ảnh hưởng của thủy triều, lưu lượng sông tương đối ổn định trong thời kỳ tính toán;

• Đoạn sông gần như đồng nhất về độ sâu, độ rộng, độ nhám;

• Nồng độ chất ô nhiễm có sẵn trong nước sông từ thượng lưu chảy về (hay chất lượng nước “nền” của nước sông) là đồng đều trên mỗi mặt cắt đoạn sông và không thay đổi trong thời kỳ tính toán;

• Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải không thay đổi trong thời kỳ tính toán

Thời kỳ tính toán ở đây là khoảng thời gian tính toán được chọn sao cho các

điều kiện trên đây được thảo mãn nhất; và thích hợp cho việc đánh giá KNTN Trong

thực tế, thời kỳ tính toán có thể là 1 giờ, 1 ngày,

2.2.3 Yêu cầu về số liệu

Khi áp dụng phương pháp này, các số liệu yêu cầu tối thiểu như sau:

− Lưu lượng trung bình của đoạn sông trong thời kỳ tính toán (Qsông);

− Lưu lượng trung bình của nước thải trong thời kỳ tính toán (Qxả);

− Nồng độ trung bình chất ô nhiễm có trong nước thải (Cxả)

− Nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông khi không có nước thải (Csông)

2.2.4 Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết và trình tự các bước của phương pháp đánh giá KNTN trong

điều kiện xáo trộn hoàn toàn được trình bày dưới đây

1 Xác định tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải theo công thức:

Trong đó:

- Lxả là tải lượng chất ô nhiễm có trong nước thải (kg/ngày);

- Qxả là lưu lượng nước thải (m3/s);

- Cxả là nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải (mg/l);

- 86,4 là hệ số chuyển đổi đơn vị từ mg/l sang kg/ngày

2 Xác định tải lượng chất ô nhiễm trong nguồn nước sông theo công thức:

Trong đó:

- Lsông là tải lượng chất ô nhiễm có trong nước sông trước khi tiếp nhận nước

thải (kg/ngày);

- Qsông là lưu lượng nước sông (m3/s);

- Csông là nồng độ chất ô nhiễm trong sông trước khi nhận nước thải (mg/l)

- 86,4 là hệ số chuyển đổi đơn vị từ mg/l sang kg/ngày

3 Tải lượng tối đa các chất ô nhiễm cho phép có trong nguồn nước sông được xác

định theo công thức:

Ltc = (Qsông + Qxả) * Ctc * 86,4 (2.3) Trong đó:

- Ltc là tải lượng chất ô nhiễm tối đa cho phép (kg/ngày);

- Ctc là nồng độ giới hạn chất ô nhiễm cho phép có trong nguồn nước sông,

được xác định theo tiêu chuẩn chất lượng nước mặt TCVN, tùy theo mục đích sử dụng nguồn nước ở đoạn sông

4 Xác định khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước sông theo công thức:

Trong đó:

- Lth là tải lượng chất ô nhiễm mà nguồn nước sông còn có thể tiếp nhận thêm

sau khi đã nhận tải lượng nước thải Lxả;

- Ltc là tải lượng chất ô nhiễm tối đa cho phép (kg/ngày);

- Lsông là tải lượng chất ô nhiễm có trong nước sông trước khi tiếp nhận nước

thải (kg/ngày);

- Lxả là tải lượng chất ô nhiễm có trong nước thải (kg/ngày);

5 Đánh giá KNTN nước thải:

- Nếu giá trị Lth lớn hơn không (0) thì nguồn nước ở đoạn sông đó có thể tiếp

nhận thêm nước thải với tải lượng chất ô nhiễm Lth đó

- Nếu giá trị Lth nhỏ hơn hoặc bằng không (0) thì nguồn nước ở đoạn sông đó

được coi là không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa;

2.2.5 Áp dụng bài toán thực tế

Áp dụng phương pháp trình bày ở trên để tính nồng độ chất ô nhiễm trong nước

sông sau khi tiếp nhận nước thải và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn

sông với các số liệu trong bài toán thực tế trình bày tại Mục 2.2.1 như sau

• Lưu lượng nước thải = (5000 m3/ngày)/ 86400 = 0,0579 m3/s (2.5)

• Nồng độ cho phép của chất ô nhiễm (Ctc) trong nước sông được căn cứ vào tiêu chuẩn quy định về chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thủy sinh TCVN 6774-

2000, đó là Ctc = 0,1 mg/l

• Tải lượng chất ô nhiễm có trong nước thải (Lxả) là:

Lxả = Qxả * Cxả * 86,4= 0,0579 * 1,5 * 86,4 = 7,5 kg/ngày (2.6)

• Tải lượng chất ô nhiễm có trong nước sông (Lsông) là:

Lsông = Qsông * Csông * 86,4= 2 * 0,01 * 86,4 = 1,728 kg/ngày (2.7)

• Tải lượng tối đa các chất ô nhiễm cho phép có trong nguồn nước sông:

Ltc = (Qsông + Qxả)*Ctc*86,4 = (2+ 0,0579) * 0,1 * 86,4 = 17,78 kg/ngày (2.8)

• Tải lượng chất ô nhiễm mà nguồn nước sông còn có thể tiếp nhận thêm sau khi khi đã nhận tải lượng nước thải Lxả đổ vào:

Lth = (Ltc – Lsông - Lxả) = (17,78 - 1,728 - 7,5) = 8,552 kg/ngày (2.9)

Như vậy, sau khi tiếp nhận lượng nước thải ở trên, sông vẫn còn khả năng tiếp

nhận thêm 8,552 kg/ngày chất ô nhiễm đó

Lưu ý trong tính toán: Đơn vị sử dụng trong thực tế đối với lưu lượng sông thường

là (m3/s), với lưu lượng nước thải là (m3/ngày), với nồng độ chất ô nhiễm là (mg/l)

Do vậy, khi tính toán cần lưu ý quy đổi đơn vị cho đồng nhất

2.2.6 Hệ số hiệu chỉnh KNTN

a Khái niệm

Trong những tính toán ở trên, có một số giả thiết về điều kiện của lòng sông, về sự

xáo trộn của ô nhiễm Thực tế, những điều kiện đó thường không thỏa mãn Vì thế,

để bảo đảm “an toàn” cho kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận của nguồn nước, người

ta dùng một hệ số gọi là Hệ số hiệu chỉnh KNTN (Fs) [1] Trong một số tài liệu, hệ

số này được gọi là Hệ số an toàn Tuy nhiên, theo tác giả, nên gọi hệ số này là Hệ số

hiệu chỉnh KNTN sẽ phù hợp hơn, bởi lẽ hệ số này được dùng trong tính toán để “hiệu

chỉnh” đi những những yếu tố không thực tế mà các giả thiết của bài toán đã đặt ra

Trong trường hợp đó, hệ số này có thể coi như một “hệ số để hiệu chỉnh sự không

đồng nhất” về các yếu tố và đặc điểm của đoạn sông

Định nghĩa: Hệ số hiệu chỉnh khả năng tiếp nhận (Fs) là hệ số được dùng để “hiệu

chỉnh” kết quả tính toán KNTN nước thải khi các điều kiện đưa vào tính toán không

hoàn toàn đúng với các điều kiện thực tế ở đoạn sông Giá trị lớn nhất của Fs bằng một

(1,0) khi các điều kiện giả thiết để tính toán phù hợp với điều kiện thực tế ở đoạn sông

b Giá trị

Hệ số hiệu chỉnh KNTN (Fs) có giá trị trong phạm vi từ 0% đến 100% Nếu

Fs=100% có nghĩa là các điều kiện của giả thiết được hoàn toàn thoả mãn Do vậy, với

những đoạn sông có các điều kiện gần giống với các điều kiện giả thiết (Mục 2.2.2) thì

giá trị của Fs càng lớn Với các đoạn sông có các điều kiện càng phức tạp, càng khác

với những điều kiện giả thiết của bài toán nêu trên thì nên chọn Hệ số Fs nhỏ hơn

Việc lựa chọn giá trị của Hệ số Fs cần được nghiên cứu kỹ và có các số liệu đo đạc để

kiểm chứng Bảng dưới đây trình bày các giá trị của Hệ số Fs theo các mức độ phức

tạp của đọan sông so với những điều kiện giả thiết (Mục 2.2.2) để tham khảo

Bảng 2.1 Giá trị của Hệ số hiệu chỉnh Fs

Mức độ phức tạp

của bài toán và

đoạn sông

Rất phức tạp, khác nhiều so với điều kiện giả thiết

Trung bình điều kiện giả thiếtRất phù hợp với

Tùy theo mục đích của người sử dụng có thể áp dụng một trong hai cách tính

với Hệ số hiệu chỉnh KNTN (Fs), đó là:

a) Tính với Tải lượng tối đa cho phép;

b) Tính với khả năng nguồn nước có thể tiếp nhận thêm chất ô nhiễm

Trong bài toán nêu trên, giả sử đoạn sông tương đối đồng nhất, mức độ xáo trộn

khá cao thì có thể chọn hệ số an toàn là Fs=0,8

• Nếu áp dụng với Tải lượng tối đa cho phép Ltc, từ công thức (2.8) thì tải lượng tối đa cho phép trong thực tế sẽ là:

17,78 * 0,8 = 14,22 kg/ngày (2.10) Khi đó, khả năng còn có thể tiếp nhận thêm chất ô nhiễm của sông là:

• Nếu tính với khả năng nguồn nước có thể tiếp nhận thêm chất ô nhiễm, từ Công thức (2.9), thì khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm thực tế của đoạn sông có thể được tính như sau:

Điều này có nghĩa là để bảo đảm phù hợp hơn với thực tế, thì chỉ cho phép cho

đoạn sông tiếp nhận thêm tải lượng chất ô nhiễm là 6,842 kg/ngày

c Ý nghĩa : Việc đưa Hệ số hiệu chỉnh KNTN vào trong tính toán KNTN nhằm

tăng tính phù hợp thực tế khi cấp phép xả nước thải

d Mô tả khả năng tiếp nhận

Hình 2.2 mô tả khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước sông trong bài

toán trên và khả năng còn có thể tiếp nhận thêm chất ô nhiễm của sông là 5 kg/ngày

Hình 2.2 Mô tả khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nước sông

2.2.7 Tính khoảng cách xáo trộn trong sông

Trong các điều kiện (hay giả thiết) cần áp dụng đối với phương pháp được trình

bày ở mục trên, có một điều kiện quan trọng là chất ô nhiễm có trong nước thải sau khi

đổ vào sông được coi là xáo trộn hoàn toàn trong đọan sông tính toán Trong thực tế,

điều kiện đó rất ít khi xảy ra đối với dòng chảy ổn định trong sông Các chất ô nhiễm

trong nước thải sau khi được xả vào sông thì phải mất một khỏang thời gian và một

khỏang không gian nào đó mới có thể xáo trộn hòan tòan trên tòan bộ mặt cắt ngang

của sông Khi chất ô nhiễm có trong nước thải chưa xáo trộn hoàn toàn trên mặt cắt

ngang sông có nghĩa là tại những nơi (vị trí theo chiều ngang sông) có nồng độ chất ô

nhiễm cao thì khả năng tiếp nhận nước thải tại đó sẽ kém hơn những nơi có nồng độ

chất ô nhiễm thấp hơn Do vậy, việc tính khoảng cách xáo trộn của các chất ô nhiễm

trong sông là rất cần thiết trong việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn

nước Mục này trình bày tóm tắt một số cách tính khoảng cách xáo trộn trong sông

Tải lượng chất ô nhiễm cho phép thực tế sau khi đã tính đến hệ

số an toàn (Fs=0,8), theo công thức (2.10) bằng 14,22 kg/ngày

Tải lượng chất ô nhiễm tối đa cho phép tính theo công thức (2.8) bằng 17,78 kg/ngày

5 kg/ngày

Các phương pháp này được tổng hợp từ các tài liệu tham khảo Mỗi phương pháp, sau

phần lý thuyết, đều có ví dụ bằng các bài toán cụ thể để minh họa cho phần lý thuyết

Công thức tính khoảng cách xáo trộn

Khả năng xáo trộn của sông phụ thuộc vào các yếu tố như đặc điểm hình thải

lòng sông, đặc điểm dòng chảy trong sông, và các yếu tố khác tác động đến dòng chảy

sông Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã làm các thí nghiệm và tìm ra các công thức

tính khỏang cách xáo trộn của chất ô nhiễm trong sông

Hình 2.3 Các đặc trưng trong tính khoảng cách xáo trộn

Nhà khoa học Sanders [2] đã xác định được trong một sông thẳng, đồng nhất

(Hình 2.3) thì khỏang cách xáo trộn phụ thuộc vào các yếu tố: vị trí của điểm xả, lưu

tốc dòng chảy, độ rộng sông, độ sâu sông và các đặc trưng khuếch tán theo chiều rộng

và chiều sâu của sông Công thức tính khỏang cách xáo trộn được trình bày bằng các

phương trình (2.13a) và (2.13b) Khỏang cách xáo trộn trong sông được tính bằng các

công thức sau:

y y

D

V Y L

2

* 2

z z

D

V Z L

2

* 2

Trong đó:

Ly: Khỏang cách tính theo chiều dọc sông khi chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan

tòan trên cả chiều rộng của sông (m);

Lz: Khỏang cách tính theo chiều dọc sông khi chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan

tòan trên cả chiều sâu của (m);

V: Lưu tốc trung bình của dòng chảy (m/s);

Dy: Hệ số khuếch tán theo chiều ngang (m2/s);

Dz: Hệ số khuếch tán theo chiều thẳng đứng (m2/s);

Y: Vị trí của điểm xả theo chiều ngang sông (m);

Z: Vị trí của điểm xả theo chiều thẳng đứng (m);

Lưu ý rằng trong công thức (2.13a), khỏang cách xáo trộn Ly là khoảng cách

tính theo chiều dọc sông khi chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan tòan trên cả chiều rộng của

x y

0

sông Điều đó có nghĩa là khi chất ô nhiễm được xả tại điểm xả A(x, y, z) như mô tả

trên Hình 2.1, thì chất ô nhiễm vừa bị xáo trộn trôi theo dòng nước vừa khuếch tán

theo chiều ngang sông Khi chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan tòan trên cả chiều rộng của

sông thì chất ô nhiễm đó cũng đã trôi theo dọc sông được đến khỏang cách Ly Tương

tự, trong công thức (2.13b), Lz là khoảng cách tính theo chiều dọc sông khi chất ô

nhiễm đã xáo trộn hòan tòan trên cả chiều sâu của sông Như vậy, tùy thuộc độ rộng,

độ sâu sông và các hệ số khuếch tán Dy, Dz mà giá trị các khỏang cách Ly, Lz có độ

lớn khác nhau Khi Ly lớn hơn Lz có nghĩa là chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan tòan theo

chiều sâu nhưng chưa xáo trộn hòan tòan theo chiều rộng sông

Ví dụ: Có một nguồn xả trên mặt sông, tại mép sông bên phải (nhìn từ thượng lưu về hạ

lưu) Hỏi rằng tại khỏang cách 1 km ở hạ lưu điểm xả thì chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan

tòan trên cả mặt cắt sông hay chưa? Và đã xáo trộn đến đâu? Biết rằng sông có chiều rộng

70m, độ sâu 4m, lưu tốc dòng chảy là 0,6m/s, các hệ số khuếch tán Dy=0,5m 2 /s và

Dz=0,02 m2/s Tính các khoảng cách xáo trộn:

D

V Y

L

y

5 , 0

* 2

6 0

* 70 2

z

02 , 0

* 2

6 0

* 4 2

Như vậy, chất ô nhiễm đã xáo trộn hòan tòan trên theo chiều sâu sông tại khỏang cách

240m về phía hạ lưu điểm xả, nhưng phải đến khoảng cách 2940m về phía hạ lưu điểm xả

thì mới xáo trộn hòan tòan trên cả chiều rộng sông Nếu thay Ly=1 km vào công thức tính

Ly ở trên sẽ được độ rộng sông đã xáo trộn hòn tòan:

V

L D

6 , 0

1000

* 5 , 0

* 2 2

=

=

Câu trả lời là tại 1 km về phía hạ lưu điểm xả mới chỉ có xáo trộn hòan tòan theo chiều

sâu, còn theo chiều rộng sông xáo trộn hòan tòan mới chỉ xảy ra được 40,8m kể từ mép

bên phải của sông

2.2.8 Xác định hệ số khuếch tán Dy bằng đo đạc

Điều khó khăn trong việc áp dụng các công thức (2.13a và 2.13b) là xác định

các hệ số khuếch tán Dy và Dz Việc xác định Dy và Dz có thể tiến hành bằng đo

đạc, thí nghiệm hoặc tham khảo các giá trị của các sông có các điều kiện tương tự, hay

các giá trị kinh nghiệm

Việc đo đạc ngoài hiện trường để xác định Dy có thể được thực hiện như sau:

Xả một loại nước màu dễ phân biệt trong nước sông Đo lưu tốc trung bình của dòng

chảy (V), xác định một khoảng cách dọc sông (Ly) từ điểm xả đến một vị trí nào đó ở

hạ lưu, tại đó đo khoảng cách theo chiều ngang sông (Y) ranh giới giữa nước màu với

nước sông chưa bị ảnh hưởng nước màu Từ các giá trị V, Ly, Y, tính Dy theo công

thức (2.13a) Xác định như vậy cho một số khoảng cách Ly để tìm giá trị trung bình

Dy Lấy giá trị trung bình Dy làm giá trị Dy đặc trưng cho đoạn sông đó Thông thường khoảng cách xáo trộn Ly lớn hơn khoảng cách Lz rất nhiều Do vậy, không cần

phải xác định Dz, mà chỉ cần xác định Dy là đủ

2.3 Đánh giá KNTN trong điều kiện xáo trộn không hoàn toàn

2.3.1 Các trường hợp nước thải không xáo trộn hoàn toàn với nước sông

Như đã trình bày ở Mục 1.2, trong thực tế có rất nhiều trường hợp xảy ra nước

thải không xáo trộn hoàn toàn với nước sông Như vậy, yêu cầu thực tế đối với công

tác cấp phép xả nước thải đòi hỏi cần phải đánh giá KNTN trong những trường hợp

nước thải không xáo trộn hoàn toàn với nước sông Một số trường hợp điển hình khi

nước thải không xáo trộn hoàn toàn với nước sông như sau

Hình 2.5 Đoạn sông tiếp nhận nước thải xáo trộn không hoàn toàn

Hình 2.6 Nước thải chỉ lan truyền theo một phần mặt cắt ngang sông

• Sự xáo trộn không hoàn toàn xảy ra ở ngay hạ lưu điểm xả (Hình 2.5) Nước

thải từ điểm xả đổ vào sông chưa thể hòa trộn hoàn toàn ngay với nước sông

Nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải (Cxả) biến đổi cả theo chiều dọc và

chiều ngang sông Trên một mặt cắt ngang sông, trong vùng chịu ảnh hưởng

của nước thải, nồng độ chất ô nhiễm là C1, C2; trong vùng chưa bị ảnh hưởng

nước thải, nồng độ chất ô nhiễm là C3 (chính là nồng độ chất ô nhiễm có sẵn

trong nước sông, hay Csông)

• Sự xáo trộn không hoàn toàn cũng xảy ra đối với những con sông lớn khi tiếp

nhận một lưu lượng nước thải nhỏ Khi đó, dòng nước thải chỉ ảnh hưởng đến

một phần theo chiều ngang sông (Hình 2.6)

Như vậy, với khoảng cách Ly kể từ điểm xả về phía hạ lưu thì phạm vi ảnh

hưởng của nước thải trên mặt cắt ngang sông là Y; nếu sông có độ rộng B thì phạm vi

xáo trộn có thể đặc trung bằng tỷ số Y/B Đây là cơ sở cho việc đánh giá KNTN và lựa

chọn hệ số hiệu chỉnh Fs

Khi phạm vi lan truyền và xáo trộn của nước thải với nước sông chỉ diễn ra ở

một phần mặt cắt và đạt đến mức tối đa với chiều rộng là Y (Hình 2.6) thì có thể coi

phạm vi xáo trộn đó đặc trưng bởi tỷ số Y/B

2.3.2 Xác định khoảng cách xáo trộn

Khoảng cách xáo trộn L có thể tính gần đúng theo công thức trong Hướng dẫn

lấy mẫu ở sông và suối TCVN 5996-1995 (ISO 555-2) như sau:

gZ

g C C B

L 0,13 * (0,7 2 )

Trong đó:

L: Khoảng cách chiều dọc sông tính từ điểm xả đến vị trí khi chất ô nhiễm đã

xáo trộn hoàn toàn trên cả chiều rộng của sông (m);

B: Chiều rộng trung bình của đoạn sông (m);

C: Hệ số Chezy của đoạn sông, có giá trị trong khoảng 15 – 50, được hướng

dẫn cách tính toán ở Công thức (2.15) dưới đây;

g: Gia tốc trọng trường (m/s2);

Z: Chiều sâu trung bình của nguồn nước ở đoạn sông (m);

2.3.3 Công thức và kết quả tính hệ số Chezy

Hệ số Chezy (C) của đoạn sông có thể được tính từ bán kính thủy lực và độ nhám

của lòng sông theo công thức sau:

n

R C

6 / 1

Với: R = A/P

Trong đó:

C: Hệ số Chezy của đoạn sông;

R: Bán kính thủy lực của mặt cắt ngang sông (m);

A: Diện tích mặt cắt ướt ngang sông (m2);

P: Chu vi ướt của mặt cắt ngang sông (m);

n: Hệ số nhám Manning Với sông thiên nhiên, hệ số nhám Manning có giá

Z (m)

Diện tích m/c ngang

A (m2)

Chu vi ướt

P (m)

Bán kính thủy lực

R (m)

Hệ số nhám Manning

n

Hệ số Chezy

2.3.4 Kiểm tra mức độ xáo trộn của nước thải với nước sông

Việc kiểm tra mức độ xáo trộn cần được tiến hành như sau:

− Lấy ít nhất 3 mẫu nước sông C1, C2, C3 trên một mặt cắt ngang sông (Hình 2.5);

− Tính giá trị nồng độ trung bình Ctb = (C1 + C2+C3)/3 của chất ô nhiễm

− Đánh giá mức độ xáo trộn bằng tỷ số ∆C/Ctb theo các mức ở Bảng 1.1;

2.3.5 Đánh giá KNTN

KNTN nước thải của nguồn nước tại đoạn sông thay đổi theo cả chiều dọc và

chiều ngang sông Do vậy, việc đánh giá KNTN đối với các trường hợp xáo trộn

không hoàn toàn được tiến hành như sau:

a Xác định tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải Lxả theo Công thức (2.1);

b Xác định phạm vi vùng xáo trộn Y của nước thải vào nguồn nước sông;

- Tính toán, đánh giá khoảng cách xáo trộn L theo Công thức (2.14);

- Tính toán, đánh giá vùng xáo trộn Y theo Công thức (2.13c);

- Phạm vi xáo trộn của nước thải được đặc trưng bởi tỷ số (Y/B), trong đó B là

chiều rộng sông;

c Xác định tải lượng chất ô nhiễm trong nguồn nước sông theo Công thức (2.2),

trong đó Qsông được thay bằng Qsông *(Y/B), như sau:

Lsông = Qsông* (Y/B) * Csông * 86,4 (2.16)

d Tính tải lượng tối đa các chất ô nhiễm cho phép có trong nguồn nước sông

trong phạm vi có nước thải xáo trộn vơi nước sông (Y/B) theo công thức sau:

e Xác định KNTN nước thải của nguồn nước sông trong phạm vi xáo trộn Y theo

Công thức (2.4);

f Đánh giá KNTN trong phạm vi xáo trộn Y của nước thải và lựa chọn Hệ số

hiệu chỉnh Fs phù hợp cho từng trường hợp, từng điều kiện:

- Nếu giá trị Lth nhỏ hơn hoặc bằng không (0) thì nguồn nước ở đoạn sông đó

được coi là không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa;

- Nếu giá trị Lth lớn hơn không (0) thì nguồn nước ở đoạn sông đó có thể tiếp

nhận thêm nước thải với tải lượng chất ô nhiễm Lth đó

2.4 Một số mô hình toán điển hình

Việc xác định khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước bằng mô hình toán

là sử dụng các mô hình chất lượng nước để xác định nồng độ các chất ô nhiễm trong

nguồn nước tại một vị trí xác định vào một thời điểm xác định

Việc đánh giá diễn biến chất lượng nước đã được thực hiện ở nhiều nước trên

thế giới, với những phương tiện quan trắc hiện đại, hệ thống giám sát tân tiến Công

việc đó còn được hỗ trợ bởi các công cụ mô phỏng là các mô hình toán để mô phỏng

sự lan truyền và khuếch tán chất ô nhiễm Trong số các mô hình chất lượng nước

được dùng trên thế giới, có thể kể đến ở Mỹ là Qual2e, WASP; ở Ha Lan là Sobek; ở

Đan Mạch là MIKE11, Có nhiều phương pháp đánh giá sự lan truyền chất ô nhiễm,

tùy thuộc nguồn gây ô nhiễm là “điểm” hay “diện” và nguồn tiếp nhận là “tĩnh” hay

“động” Đó là những kinh nghiệm và công cụ tốt có thể hỗ trợ cho việc khảo sát và

đánh giá diễn biến chất lượng nguồn nước mặt ở Việt Nam, phục vụ công tác cấp phép

xả nước thải vào nguồn nước

Tuy nhiên, cần rà soát các mô hinh về ưu, nhược điểm, khả năng ứng dụng cho

các điều kiện ở Việt Nam Nội dung được trình bày ở mục này bao gồm:

a) Rà soát các mô hình toán mô phỏng sự lan truyền và khuyếch tán chất ô

nhiễm của nguồn thải sau khi đổ vào nguồn nước;

b) Đề xuất chọn mô hình thích hợp cho nghiên cứu

Các loại mô hình chất lượng nước được rà soát là những mô hình tương đối phổ

biến trên thế giới và Việt Nam, bao gồm: Mô hình Streeter Phelps; Mô hình QUAL2E;

Mô hình SALBOD; Mô hình DUFLOW; Mô hình MIKE 11; Mô hình ISIS Mô tả chi

tiết về các mô hình này được trình bày trong Báo cáo chuyên đề Rà soát các mô hình

toán Phần dưới đây chỉ tóm tắt những vấn đề chung nhất của các mô hình đó

Mô hình Streeter-Phelps

Mô hình Streeter-Phelps (thiết lập từ năm 1925 và đến nay vẫn có thể áp dụng

cho hệ thống đơn giản) mô tả tương quan BOD và DO Mô hình Streeter-Phelps cải

tiến mô tả thêm thành phần nhu cầu ô xy do phân huỷ trầm tích lòng kênh và một số

thành phần khác tạo chu trình phức tạp hơn Cơ sơ lý thuyết của mô hình này được

trình bày ở Phục lục C

Mô hình QUAL2E

Mô hình QUAL1 áp dụng cho dòng chảy 1 chiều ổn định, được xây dựng trên

cơ sở phương trình vi phân bậc nhất do Streeter-Phelps lập nên Phương trình mô tả tải

lượng các chất hữu cơ, tốc độ phân huỷ và tốc độ tiêu thụ ôxy Mô hình QUAL2 (1970) là mô hình được cải tiến từ mô hình QUAL1 mô phỏng sự lan truyền các chất ô

nhiễm trong dòng một chiều ổn định QUAL2E (phiên bản sau của QUAL2) là mô

hình chất lượng nước sông kênh khá hoàn hảo và đa năng, mô phỏng dòng một chiều

trong mạng sông kênh Các thông số có thể được mô phỏng là: DO, BOD, Nhiệt độ T, Rong tảo, Nitơ hữu cơ, Amonia, Nitrate, Nitrite, Phot pho hữu cơ, Phot pho hoà tan,

Coliforms, Chất không bảo toàn bất kỳ, 3 chất bảo toàn Hạn chế của phiên bản

QUAL2E 1985 là giới hạn tổng số 25 nhánh, mỗi nhánh không quá 20 phần tử Ngôn

ngữ lập trình bằng FORTRAN77 đọc số liệu từ các file có format ‘cứng’ Hiện nay,

Mô hình QUAL2 đã được cải tiến và nâng cấp nhiều so với các phiên bản cũ

Các mô hình Duflow, SALBOD, ISIS

Mô hình Duflow của Hà Lan Mô hình Duflow là một trong 3 mô đun của bộ

Duflow Model Studio (DMS) có 3 mô đun: (i) Mưa-dòng chảy RAM, (ii) Thuỷ lực

học dòng không ổn định 1 chiều và chất lượng nước DUFLOW và (iii) Mô hình dòng

chảy ngầm MODFLOW Duflow là mô hình được ứng dụng nghiên cứu môi trường tại

Hà Lan và là công cụ giảng dạy và cấp cho sinh viên tại UNESCO-IHE nghiên cứu và

có thể được các sinh viên tốt nghiệp từ IHE phổ biến rộng rãi cho các chuyên gia trong

nước sử dụng qua các khoá huấn luyện ngắn hạn về sử dụng mô hình Một trong những ứng dụng nghiên cứu điển hình tại Việt Nam là mô hình chất lượng nước hạ

lưu sông Đồng Nai-Sài Gòn

∗ Những chỉ tiêu chất lượng nước được mô phỏng: Ngoài thành phần truyền tải

chất chung cho mọi thành phần chất trong nước, Duflow nhận thêm khai báo biến (ví

dụ S ký hiệu cho mặn, BOD, DO ) do người lập mô hình sử dụng khai báo và mô tả

các thông số, các thành phần chất tham gia quá trình biến đổi chất (ví dụ BOD, Ni tơ

tham gia vào quá trình biến đối DO) mối tương quan giữa chúng (mô hình

Streeter-Phelps là một ví dụ về mối tương quan này) Phần mềm Duflow hiện nay đã dùng mô

phỏng một số chỉ tiêu chất lượng nước như xâm nhập mặn, BOD, Ni tơ, Phốt pho, DO

do các chuyên gia Hà Lan lập

Mô hình DO phức tạp do Thạc sỹ Đặng Thanh Lâm ứng dụng cho nghiên cứu

điển hình ở vùng hạ lưu sông Sài Gòn như giới thiệu dưới đây

∗ Ứng dụng Mô hình phân tích DO vùng hạ lưu sông Sài Gòn: Mô hình Duflow

đã được ứng dụng cho bài toán mô phỏng và đánh giá chất lượng nước của hệ thống

sông kênh hạ lưu sông Sài Gòn Mô hình bao gồm các thành phần: a) Tiêu thụ ô xy

như phân huỷ chất hữu cơ (BOD), nitơ hoá, bùn cát hấp thụ, rong tảo hô hấp về đêm;

b) Sản sinh ô xy như thấm khí, rong tảo quang hợp ban ngày Trong mô hình tập trung

các điểm xả lớn ở khu vực thành phố lớn như TP.HCM, Biên Hoà, Thủ Dầu Một gây ô

nhiễm cục bộ, DO giảm xuống thấp, BOD cao Tuy nhiên nguồn ô nhiễm nặng không

lan tràn xa vì sông có lưu lượng lớn (khoảng 3000 m3/s) và có khả năng tự làm sạch

∗ Kết luận và kiến nghị Mô hình Duflow có cơ sở lý thuyết tin cậy, giao diện

cho người sử dụng tốt, có khả năng mô phỏng mọi chất khi có cơ sở toán, lý, hoá học

Hơn nữa, mô hình được chuyển giao miễn phí nên dễ phố biến rộng rãi cho các cơ

quan và địa phương Khi sử dụng cho công tác quản lý tổng hợp chất lượng nước với

nhiều chỉ tiêu cần có chuyên gia xây dựng và sưu tầm thêm bản mô tả các thành phần

chất ngoài các mô hình phú dưỡng, BOD, N, P và DO hiện có

Mô hình SAL do Nguyễn Tất Đắc xây dựng nhằm tính toán dòng chảy 1 chiều

không ổn định trong hệ thống sông kênh, có những ưu điểm về mô phỏng lan truyền

chất và chất lượng nước Các phiên bản của SAL đã được sử dụng tính dòng chảy,

mặn, phèn trong Qui hoạch tổng thể ĐBSCL; tính qui hoạch lũ cho Đồng bằng, đặc

biệt là dự án thoát lũ biển Tây và Qui hoạch lũ Đồng Tháp Mười Chương trình

SALBOD được xây dựng từ những năm cuối thập niên 90, là phiên bản gần đây nhất

của SAL, đã mô phỏng lan truyền mặn và chỉ tiêu BOD và DO và dưỡng chất

Mô hình thuỷ lực ISIS là phần mềm mô phỏng, tính toán chế độ thuỷ lực sông

kênh do Công ty Halcrow và Đại học Wallingford hợp tác xây dựng Phần mềm này

được Ban thư ký Uỷ hội sông Mê Công và các cơ quan của Uỷ Ban sông Mê Công các

nước Việt Nam Lào, Cam Pu Chia, Thái Lan hợp tác xây dựng mô hình thuỷ lực và

xâm nhập mặn cho Châu thổ sông Mê Công trong khuôn khổ Chương trình sử dụng

nước (WUP) và chuyển giao mô hình và phần mềm cho các quốc gia

Mô hình ISIS có giao diện mô hình rất mạnh và thuận tiện sử dụng cho các hệ

thống sông kênh phức tạp có nhiều loại công trình khác nhau (cầu, cống, đập, xi phông, ) và có những đối tượng mô tả hiện tượng lũ tràn tốt (ô chứa và tràn “reservoir

and spill units”)

Mô hình Chất lượng nước iISIS (CLN-iSIS) là phần mềm dùng mô phỏng

chất lượng nước sông kênh Mô hình CLN-iSIS có khả năng mô phỏng các chất sau:

Các chất ô nhiễm bảo tồn; Các chất ô nhiễm phân huỷ; Vi khuẩn Coli (Coliform); Độ

mặn (salt); Nhiệt độ nước; Tải bùn cát; Trao đổi Ôxi trong nước và bùn đáy; Rong tảo

phát triển; Macrophyte; Rong tảo đáy; Độ pH

Các mô hình AQUATOX, CORMIX

AQUATOX (Aquatic Toxicity Model) là mô hình mô phỏng hệ sinh thái nước

ngọt và đưa ra các dự báo về các chất ô nhiễm hữu cơ và ảnh hưởng của chúng tới hệ

sinh thái thủy sinh

CORMIX (Cornell Mixing Zone Expert System) có thể mô hình hóa các vùng

hỗn hợp đánh giá ảnh hưởng của các nguồn điểm gây ô nhiễm đến chất lượng nước;

Các mô hình DELFT 3D, WASP, SMS

DELFT 3D do Viện Nghiên cứu Thủy lực Hà Lan xây dựng, cho phép mô phỏng thủy lực dòng 3 chiều kết hợp với chất lượng nước, có thể kết hợp giữa các mô-

đun tính toán phức tạp để đưa ra những kết quả mô phỏng cho nhiều chất và nhiều quá

trình tham gia;

WASP (Water Quality Analysis Simulation Program, Verson7.0) là mô hình đánh giá và mô phỏng chất lượng nước hồ kết hợp với tính toán thủy lực một chiều, có

thể mô phỏng được rất nhiều biến đặc trưng cho chất lượng nước Đây là mô hình

được sử dụng tương đối phổ biến trong các năm qua và luôn được cập nhật hòan thiện;

SMS (Surface Water Modeling System) của Mỹ cho phép kết hợp mô hình thủy

lực 1, 2 chiều với mô hình chất lượng nước, trong đó mô-đun RMA4 có thể mô phỏng

chất lượng nước phân bố đồng nhất theo chiều sâu Mô hình có thể tính toán được 6

thành phần chất bảo toàn và không bảo toàn cho dòng 1 hoặc 2 chiều

Mô hình MIKE 11

Từ kết quả rà soát các mô hình toán và khả năng áp dụng thực tế Việt Nam, Mô

hình MIKE 11 được kiến nghị áp dụng cho Nghiên cứu này Phần mềm thuỷ lực-chất

lượng nước MIKE11-HD và MIKE11-WQ của Viện Thuỷ lực Đan Mạch là công cụ

mạnh mẽ hỗ trợ công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên nước nói chung và công tác

cấp phép xả nước thải nói riêng Trong Dự án tăng cường năng lực các Viện ngành

Nước, Bản quyền sử dụng phần mềm MIKE11 được chuyển giao cho 4 cơ quan là

Viện QH thuỷ lợi, Viện QHTL Nam Bộ, Viện Nghiên cứu KHTL, Viện Nghiên cứu

KHTL Miền Nam

Mô đun WQ: Mô đun chất lượng nước của MIKE11-WQ có khả năng mô phỏng

BOD/DO ở nhiều cấp độ phức tạp khác nhau, mô phỏng vi khuẩn Coli, dưỡng chất

Các thông số ô nhiễm được mô phỏng theo tùy theo các cấp mô hình khác nhau

Bảng 2.3 Các thông số có thể mô phỏng trong MIKE 11-WQ

Đánh giá chung về các mô hình

a) Cơ sở lý thuyết chung

Trong các mô hình toán về chất lượng nước, cơ sở lý thuyết của các quá trình

biến đổi chất trong nước được tổng hợp dưới dạng các phương trình toán Khi đã biết

được diễn biến chất lượng nước thì có thể tính được khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm

của nguồn nước Các mô hình toán mô phỏng diễn biến chất lượng nước trong sông

trên cơ sở phương trình bảo tồn vật chất trong nước là:

P S

x

VC x

C D x t

Truyền tải chất Lượng nhập/mất Quá trình biến đổi chất

Trong đó: C(mg/l) là nồng độ chất; D(m2/s) là hệ số khuyếch tán; V(m/s) là lưu

tốc dòng chảy; S là lượng chất thêm vào hoặc mất đi; P là quá trình sinh hoá biến đổi

chất

Chu trình biến đổi chất của nhiều chất rất đa dạng và tuỳ thuộc và chất có tính

chất bảo tồn hay không Có chu trình biến đổi DO là một trong những chu trinh phức

tạp bao gồm: (i) Ô xy hoá hợp chất cac bon, (ii) Thấm khí từ không khí, (iii) Thực vật

trong nước hô hấp và quang hợp, (iv) Trao đối ô xy với tầng sâu và bùn cát đáy, (v)

Các hoá chất phản ứng với ô xy

Phương trình mô phỏng diễn biến chất lượng nước nêu trên được giải kết hợp

với hệ 2 phương trình liên tục và phương động lực học chất lỏng để tìm ra sự biến đổi,

lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm trong sông

b) Điều kiện áp dụng và yêu cầu số liệu

Các mô hình mô phỏng chất lượng nước được dùng phổ biến hiện nay đều là

mô hình cho dòng một chiều Do vậy, điều kiện đầu tiên để áp dụng các mô hình này

là các chất ô nhiễm phải xáo trộn tốt trên tất cả các mặt cắt sông

Trừ mô hình Streeter Phelps không yêu cầu số liệu địa hình và thuỷ văn, còn

các mô hình chất lượng nước nêu trên đều có yêu cầu số liệu chung sau đây:

* Số liệu địa hình: Sơ đồ mạng sông kênh (từ bản đồ GIS); Hình dạng và cao độ mặt

cắt sông kênh (khảo sát đo đạc); Thể tích ô chứa ứng với các mức độ (đo đạc trên bản

đồ có đường đồng mức hoặc từ bản đố cao độ số DEM); Hình dạng, kích thước, cao

trình các loại kết cấu, công trình trên hệ thống kênh và quy luật vận hành một số loại

công trình (tài liệu thiết kế, khảo sát hiện trường, nhật ký công trình); Đặc điểm lưu

vực (thảm thực vật, hình dạng và cao độ, độ dốc lưu vực, đặc điểm đất đai, vùng khí

hậu)

* Số liệu khí tượng, thuỷ văn: Chuỗi tài liệu khí tượng theo thời gian (nhiệt độ, giờ

nắng, tốc độ gió); Chuỗi tài liệu mưa và bốc hơi nước; Chuỗi tài liệu thuỷ văn gồm

mực nước, lưu lượng tại các điểm biên và các điểm quan trắc trong hệ thống, lưu

lượng các nguồn nhập hoặc lấy đi

* Số liệu chất lượng nước

• Lượng và thành phần chất thải vào hệ thống sông kênh theo thời gian (tải lượng

chất thải đơn vị tấn/ngày hoặc g/l, thành phần chất như DO, BOD, C, N, P, kim

loại nặng, vi khuẩn v.v…)

• Chất lượng nước trong hệ thống sông kênh tại các điểm biên và điểm giám sát

(các chỉ tiêu DO, BOD, kim loại nặng, dưỡng chất, vi khuẩn …)

• Thành phần chất hữu cơ, vô cơ, vi khuẩn trong bùn cát lơ lửng,bùn cát đáy

• Đặc trưng dòng chảy liên quan đến quá trình biến đổi chất (hệ số khuyếch tán,

hằng số phân huỷ, hằng số thấm khí)

* Những yêu cầu khác: Ngoài những yêu cầu trên còn có những yêu cầu khác:

• Chất lượng của số liệu đầu vào không tốt sẽ cho kết quả sai thực tế

• Người sử dụng mô hình phải có kỹ năng về sử dụng máy vi tính, hiểu lý thuyết;

có kỹ năng về mô hình thuỷ văn, thuỷ lực, lý hoá nước; các công cụ phân tích

thống kê, các chương trình GIS như ArcView

• Những máy tính dùng chạy mô hình phải có tốc độ cao và dung lượng ổ đĩa

cứng lớn (tối thiểu là loại máy Pentum III-500 Mhz với ổ cứng 10Gb)

c) Nhận xét khả năng áp dụng

Mô hình Streeter-Phelps có thể áp dụng cho hệ thống đơn giản, mô tả tương

quan BOD và DO Mô hình QUAL2E phát triển sớm và có khả năng mô phỏng nhiều

chỉ tiêu, tuy nhiên chỉ áp dụng cho những hệ thống kênh mương có chế độ dòng chảy

ổn định như hệ thống kênh tưới tiêu chuẩn Mô hình SALBOD do chuyên gia mô hình

trong nước xây dựng có khả năng cải tiến và phổ biến rộng rãi, cải tiến mã nguồn và

chi phí thấp Trong các nghiên cứu khoa học có thể hợp tác với chuyên gia phát triên

phần mềm trong nước vừa cải tiến mô hình vừa có kết quả ứng dụng và chuyển giao

công nghệ sẽ dần hoàn thiện các mô hình trong nước và giữ được chủ quyền Tuy

nhiên, SALBOD chỉ có thể mô phỏng các thông số BOD và DO Mô hình Duflow khá

hoàn thiện về xây dựng mô hình, dễ sử dụng, có tài liệu hướng dẫn đầy đủ, giao diện

tốt, không phải mua phần mềm Tuy nhiên mô đun chất lượng nước để ở chế độ ‘mở’

dễ phát triển cho các chuyên gia có kinh nghiệm, nhưng lại khó cho các chuyên viên

mới sử dụng Mô hình MIKE11 và ISIS là 2 bộ phần mềm rất hoàn thiện về tính năng

và giao diện sử dụng và mô đun chất lượng nước lập sẵn có rất nhiều chỉ tiêu Tuy

nhiên, giá mua bộ phần mềm rất đắt Bản quyền MIKE11 hiện có ở 4 cơ quan là Viện

QH Thuỷ lợi, Viện QH Thuỷ lợi Nam bộ, Viện NCKH Thuỷ lợi, Viện NCKH Thuỷ lợi

Miền Nam Bản quyền ISIS có ở 3 cơ quan là Viện QH Thủy lợi Nam Bộ, Uỷ ban

Mê-kông VN, Viện NC KT-TV và Môi trường

Bảng 2.4 So sánh các tính năng và đặc điểm của các mô hình

Thuỷ lực Chất lượngnước Tên mô hình Dòng ổn

định

Dòng không

ổn định

Hứu cơ BOD,DO

Dưỡng chất (EU)

Tự cải tiến thương mại Bản quyền QUAL2E X - X X - - SALBOD X X X - X -

d) Kiến nghị sử dụng

Trong điều kiện số liệu đo đạc khá chi tiết và đầy đủ, có thể sử dụng các Mô

hình phức tạp như CLN-ISIS, MIKE11-WQ, Duflow để mô phỏng sự lan truyền ô

nhiễm trên sông Trong trường hợp chỉ đánh giá BOD và DO thì mô hình SALBOD có

thể sử dụng Khi có khó khăn về số liệu đo đạc, có thể sử dụng các mô hình đơn giản

như Streeter-Phelps, QUAL2E để đánh giá nhanh với mức độ chính xác nhất định

3 ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KNTN

3.1 Trình tự và nội dung các bước đánh giá KNTN

Trước khi áp dụng một phương pháp đánh giá KNTN nào đó, cán bộ kỹ thuật cần

phải hiểu rõ được trình tự và nội dung các bước đánh giá KNTN Với kinh nghiệm

thực tế trong công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước và kết hợp với việc tổng

hợp tài liệu, tác giả xin đề xuất trình tự và nội dung các bước đánh giá KNTN nước

thải như sau:

1 Xác định mục đích sử dụng của nguồn nước; căn cứ vào:

a Quy hoạch tài nguyên nước được cấp có thẩm quyền phê duyệt;

b Quy định của địa phương về phân vùng khai thác, sử dụng nguồn nước;

c Tình hình thực tế về khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn nước ở đoạn sông;

2 Xác định, lựa chọn tiêu chuẩn chất lượng nước mặt thích hợp với mục đích sử

dụng nguồn nước Chẳng hạn:

• Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt: TCVN 5942-1995

• Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng cho thủy lợi: TCVN 6773-2000

• Tiêu chuẩn chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thủy sinh: TCVN 6774-2000

3 Điều tra, khảo sát, thu thập số liệu về số lượng, chất lượng, chế độ của nguồn

nước ở các thời kỳ dòng chảy nhỏ nhất và trung bình mùa kiệt, bao gồm: lưu lượng

nguồn nước, chế độ dòng chảy; nồng độ chất ô nhiễm có sẵn trong nước sông

4 Điều tra, khảo sát, thu thập số liệu về các nguồn thải ở đoạn sông (cả ở thượng

và hạ lưu điểm xả), bao gồm: thành phần và nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải;

lưu lượng, vị trí, phương thức (xả ngầm, xả mặt, ), chế độ xả thải

5 Xác định loại chế độ dòng chảy của nguồn tiếp nhận; Đánh giá mức độ xáo trộn

của nước thải vào nguồn nước sông

6 Lựa chọn phương pháp đánh giá KNTN phù hợp với: điều kiện xáo trộn và loại

chế độ dòng chảy của nguồn tiếp nhận; nguồn thải; điều kiện về cơ sở vật chất

(phương tiện đo đạc, khảo sát, công cụ phần mềm, ) của cơ quan và năng lực của cán

bộ trong việc đánh giá KNTN

7 Điều tra, khảo sát, thu thập bổ sung số liệu, tài liệu phục vụ đánh giá (nếu cần)

8 Tiến hành tính toán nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông theo các phương

pháp được lựa chọn;

9 Tổng hợp, phân tích, so sánh kết quả tính toán nồng độ chất ô nhiễm với các

tiêu chuẩn, các giới hạn cho phép để đánh giá KNTN của nguồn nước