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

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO BỘNÔNGNGHIỆP&PTNT TRƯỜNGĐẠI HỌCTHỦY LỢI NGUYỄNPHƯƠNGQUÝ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄMCHỦYẾUTRONGSÔNGCẦUBÂY– HÀ NỘI, ĐỀXUẤTGIẢIPHÁPXỬLÝNƯỚCTHẢIPHÙHỢP Chuyênngành: MơitrườngĐất vàNước Mãsố: 62-85-02-05 TĨMTẮTLUẬN ÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HÀNỘI, NĂM 2015 CơngtrìnhđượchồnthànhtạiTrườngĐại họcThủylợi Ngườihướngdẫn khoa học1:PGS.TS.Vũ ĐứcToàn Ngườihướngdẫnkhoahọc2:PGS.TS.NguyễnPhươngMậu Phản biện 1:PGS.TS Trần Thị Việt NgaPhảnbiện2:PGS.TS Từ Bình MinhPhảnbiện 3:PGS.TSVũVăn Hiểu LuậnánđượcbảovệtrướcHộiđồngchấmluậnáncấptrường,họptạiphịng12 3-A1,TrườngĐạihọcThủylợi vào lúc08 giờ30ngày27 tháng1 năm2016 Có thểtìmhiểuluậnántạicácthưviện: - Thưviện QuốcGia - ThưviệnTrườngĐạihọcThủylợi MỞ ĐẦU Tínhcấpthiết củavấn đềnghiêncứu CầuBâylàsơngđàodài13km,cáckênhnhánhphíathượnglưubắtnguồntừcácphườngGia Thụy,BồĐề,GiangBiên,ViệtHưngthuộcquậnLongBiên,HàNội;chảyquaquậnLongB iên,huyệnGiaLâmvàhạlưuđổvàohệthốngthủynơngBắcHưngHảitạicửaxảXnThụy ,xãKiêuKỵ,GiaLâm.SơngCầuBâyhiệnlàsơngthốtnướcthảicủalưuvựcquậnLongBiê nvàmộtphầnhuyệnGiaLâm,bịơnhiễm,trongđócócácchấtPOP,điểnhìnhlàPCB,đangả nhhưởngđếnmộtvùngrộnglớn,gânhiễmnguồnnướctướitiêu,tácđộngtrựctiếpđếnsứ ckhỏeconngười NướcthảilưuvựcsơngCầuBâyđượcthugomchungdođócótínhđặcthù.Mặtkhác,quyđịn hvềgiớihạnnồngđộcácthơngsốơnhiễmtrongnướcthảisauxửlýcủacácquốcgialàkhác nhau,đồngthờiphụthuộcvùngtiếpnhậnnướcthảisauxửlý,nênmộtgiảiphápcơngnghệxửlýnướcthải phù hợp với quốc gia này, địaphươngnàycóthểsẽkhơngphùhợpvớiquốcgia,địaphươngkhác.Dođóđánhgiáđượcđ ặctínhnướcthảilưuvựcsơngCầuBâyđểđềxuấtgiảiphápcơngnghệxửlýphùhợpcóýnghĩ aquantrọng.Luậnán“Nghiêncứu,đánhgiámộtsốchấtơnhiễmchủyếutrongsơngCầuBây– HàNội,đềxuấtgiảiphápxửlýnướcthảiphùhợp”đápứngtínhcầnthiếtcủacácvấnđềnghiêncứu Mụcđích nghiêncứu - Đánhgiáđượcmứcđộơnhiễmcủamộtsốchấtơnhiễmchủyếutrongnướcvàtrầmtić hsơ - ngCầuBây ĐánhgiávàxácđịnhđượcđặctínhchủyếucủanướcthảilưuvựcsơngCầu Bâylàmcơsởchoviệcnghiêncứulựachọncơngnghệxửlýphùhợp - Đềxuấtđượcgiảiphápcơng nghệxửlýnướcthảiphùhợpchoxửlýnướcthảitrênlưuvựcsơngCầuBây Đối tượngvà phạmvinghiêncứu NghiêncứucácthơngsốchủyếuCOD,BOD5,SS,NH4+N,TN,TP,PCBtrongsơngCầuBâytínhtừ thượngnguồntạiphườngViệtHưng,LongBiênđến vịtrí cửachảyvàohệthốngthủynơngBắcHưngHải;cơngnghệxửlýnướcthảiđượcpháttriểntrênc ơsởcơngnghệđượclựachọntheohiệuquảthựctếđangápdụngtạiViệtNam Phươngpháp nghiên cứu Phươngphápkhảosát,điềutrathuthậpsốliệu;Phươngphápkếthừavàphântíchtổnghợp,th ốngkêcácsốliệu;Phươngphápmơhìnhthựcnghiệm Nội dung nghiên cứu Nghiêncứu,đánhgiámứcđộônhiễmcủamộtsốchấtônhiễmchủyếutrongnước trầmtích sôngCầu Bây;xácđịnhtínhchấtnướcthải lưuvưc sôngCầuBây;đề xuấtgiảiphápcơngnghệxửl y ́nướcthảiphùhợpvớitínhchấtnướcthảilưuvựcsơngCầuBây Ý nghĩa khoahọc vàthựctiễn 6.1 Ý nghĩakhoahọc - ĐánhgiáđượcsơngCầuBâybịơnhiễm,đặcbiệtlàcótồnlưuPCBởnồngđộcaođángkể Kếtquảthuđượccóthểsửdụngđểđưaracáccảnhbáokịpthờinhằmgiảmthiểucáctácđộ ngđếnmơitrườngvàsứckhỏeconngười; - ĐánhgiáđượccácchấtơnhiễmchủyếuvàđặctínhcủanướcthảilưuvựcsơngCầuBây đólànướcthảicóBOD5thấp,TNcao;đồngthờibịơnhiễmPCB; - XâydựngđượccơsởkhoahọcchoviệcápdụngcơngnghệLSBRđểxửlýnướcthảilưuvựcsơngCầuBâylàmcơsởchoứngdụngtrongthựctế 6.2 Ýnghĩathựctiễn PháttriểnđượcgiảiphápcơngnghệmớiL-SBRđểxửlýnướcthảilưuvựcsơngCầu Bây có tính chất đặc thù BOD5thấp, TN cao đạt QCCP khơngphảibổsungnguồnCtừbênngồi,tiếtkiệmchiphívậnhành cột A Cấu trúccủa luận án Cấ utrú ccủ aLnańngồiphầnmởđầu;phầnkếtluậnvàkiếnnghị;phầndanh mu cáccơngtrình,bàibáođãcơngbố;phầntàiliệuthamkhảo;cácphụlục;luận c ánđượctrìnhbàytrong4chươngbaogồm: Chương1.Tởngquancać vấnđềnghiêncưú ; Chương2.Cơsởkhoahọcvàthựctiễn,giảthuyết,phươngtiệnnghiêncứu;Chươn g 3.Kết quảnghiên cứu nước vat̀ rầm tích sông Cầu Bây;Chương4.Kếtquảnghiêncưú vềgiảiphápcôngnghệ; CHƯƠNG1 1.1 TỔNGQUANCÁCVẤN ĐỀNGHIÊNCỨU Hiệntrạng,kếtquả nghiêncứutrước đâyvềsơngCầuBây LưuvựcthốtnướcsơngCầuBâycótổngdiệntíchkhoảng6.408ha,làđơthịhỗnhợpbaogồmcá ckhuđơthị,cơngnghiệp,nơngnghiệp,dịchvụvuichơigiảitrí,cơngviên xanh Lượng nước thải sinh hoạt theo tính tốn khoảng85.800m /ngày;năm2030là125.000m /ngày;năm2050là183.000m /ngày;nướ cthảicơngnghiệpkhoảng25.000m3/ ngàytừKCNtậptrungSàiĐồng,ĐàiTưvàcủakhoảnghơn60cơsởcơngnghiệpphântán;kho ảng200m3/ ngàynướcrịrỉtừbãichơnlấpchấtthảirắnKiêuKỵ.HệthốngthốtnướclưuvựcsơngCầuBâ ylàhệthốngthốtnướcchungtươngtựnhưcáclưuvựckháccủaViệtNam,tươngtựnhưgia iđoạnđầupháttriểncácđơthịcủacácnướctrênthếgiới 1.2 Lịchsửhệthốngthốtnước, thugomnướcthảiđơthị Lịch sử hệ thống nước nước phát triển nước pháttriểncơbảnđềutheomộttiếntrình“ơnhiễmtrước,xửlýsau”.Hệthốngthốtnướcchun gvẫntồntạisonghànhcùnghệthốngthốtnướcriêngchođếnngàynay,trừtrườnghợpnhưSingap orếpdụngđượchệthốngthốtnướcriênghồntồndochínhsáchnhàởkếthợpcảitạotồnd iệnđơthị.SơngCầuBâyđangbịơnhiễmnghiêmtrọngdođangtiếpnhậnnướcthảicủahầu nhưtồnbộđơthịlưuvựcsơngCầuBây.ĐơthịlưuvựcsơngCầuBâynóiriêng,cácđơthịVi ệtNamnóichungcóhệthốngthugomchưahồnchỉnhnênmặcdùmộtsốkhuđơthịmới,cơ ngnghiệp cóhệthốngthốtnướcriêng,nhưngsauđóvẫnthảicảnướcmưavànướcthảivàohệthốngth ốtnướcchungđơthị,dođócuốicùngvẫnlàhệthốngthốtnướcchung 1.3 Cácthôngsốônhiễmchủyếu,cácquyđịnhvềchấtlượngmôitrường 1.3.1 Cácthôngsố ônhiễmchủyếutrong nướcthải đôthị Các chất ô nhiễm chủ yếu nghiên cứu luận án gồm chất nhiễmhữucơthơngquathơngsốnhucầuoxysinhhọcsau5ngày(BOD5),nhucầuoxyhóa học (COD); Nitơ (N), xác định thông số tổng N (TN), amonia(NH4+-N); Phốtpho (P), xác định thông số tổng P (TP); chất rắn, xác địnhbằng thông số chất rắn lơ lửng (SS); Chất hữu khó phân hủy (POP), cụ thể PCB(Polychlorinated biphenyl) 1.3.2 Cácquyđịnhchất lượngnướcvà trầm tíchsơng,nướcthải,bùnthải ĐốivớichấtlượngnướcsơnglàcácquychuẩnQCVN08:2008/BTNMT,QCVN38:2011/ BTNMT, QCVN 39:2011/BTNMT; chất lượng trầm tích làQCVN43:2012/BTNMT;đốivớinướcthảilàQCVN14:2008/BTNMT,QCVN40:2011/ BTNMT,QCVN28:2010/BTNMT,QCVN25:2009/BTNMT,QCVN 02:2014/ BTNMT;đ ố i v i b ù n t h ả i t q u t r ì n h x l ý n c t h ả i l Q C V N 50:20 13/BTNMT 1.4 Đặctínhchung củanướcthảiđơthị, đặcthùtại Việt Nam Hệthốngthốtnướcchungtạoratínhchấtđặcthùcủađịaphương,phụthuộcthóiquensin hhoạt,thóiquendùngnước;loạihìnhsảnxuất,dịchvụ, Mặtkhác,quyđịnhvềgiớihạnnồng độcácthơngsốơnhiễmtrongnướcthảisauxửlýcủacácquốcgialàkhácnhauvàđồngthờiphụthuộcvùng tiếp nhận, để đảm bảohiệuquảcầnphảinghiêncứuđiềukiệncụthểcủanướcthảimỗiđơthịđểcógiảiphápcơngngh ệtốiưu.ĐặcthùcủanướcthảicácđơthịViệtNamcóBOD5thấp, TNcao(BOD5:TNthấp) 1.5 Cácgiảipháp cơngnghệxửlýnước thảiđơthị Cóhàngchụccơngnghệxửlýnướcthảiđãđượcápdụngchocácnhàmáyxửlýnước thải (XLNT) thị giới Hiện có 31 nhà máy XLNT đangvậnhành,21nhàmáyđangxâydựnghoặcđãđượcphêduyệtthiếtkếđểchuẩn thị bị xây dựng Việt Nam, áp dụng cơng nghệ khác gồm: cơng nghệ bùnhoạttínhtruyềnthống(CAS,AO),cơngnghệbùnhoạttínhdạngmẻ(SBR),cơngnghệbùnhoạt tính hiếu – thiếu – yếm khí kết hợp (A 2O), cơng nghệ mương oxyhóa(OD),lọcsinhhọckiểunhỏgiọt(TF),cơngnghệHồ(gồmhồhiếukhí,yếmkhí hay ổn định,sụckhí,tùynghi).CáccơngnghệđangápdụngtạiViệtNamu cầu phải bổ sung nguồn C từ bên ngồi (vì BOD5:TN thấp) để xử lý N đạtquy chuẩn cho phép (QCCP) cột A Việc phải bổ sung nguồn C từ bên ngoàitrong thực tế xẩy trường hợp nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chiphí vậnhànhlớn vượtquákhả năngchitrả ngân sách 1.6 Kếtluậnchương1 Phần tổng quan phân tích, đánh giá cơng trình nghiên cứu vàngồinướcliênquanđếngiảiphápthugomnướcthảiđơthị;cácnghiêncứutrướcđâyv ềhiệntrạngvàquyhoạchsơngCầuBây;tínhchấtcủanướcthảiđơthịvàcáccơngnghệXL NTtrênthếgiớivàcáccơngnghệXLNTđangápdụngtạiViệtNam Vấn đề cịn tồn đặc thù nước thải thị Việt Nam có BOD5thấp,BOD5:TNthấp.CáccơngnghệđangápdụngtạiViệtNamucầuphảibổsun gnguồnCtừbênngồiđểxửlýNkhiucầunướcthảisauxửlýđạtQCCPcộtA.Việcphảibổsun gnguồnCtừbênngồitrongthựctếđãxẩyrađốivớitrườnghợpnhàmáyXLNTnSở,là mtăngchiphívậnhànhlớnvượtqkhảnăngchitrảcủangânsách.Vấnđềmàluậnántậptru nggiảiquyếtchínhlànghiêncứuđặctínhnướcthảilưuvựcsơngCầuBây,đềxuấtgiảiphá pcơngnghệXLNTmớiphùhợpvớiđặctínhnướcthảicủalưuvựcsơngCầuBâynhằmtiếtkiệ mchiphí CHƯƠNG 2CƠSỞKHOA HỌC TIỄN,GIẢTHUYẾT,PHƯƠNGTIỆNNGHIÊNCỨU 2.1 VÀ THỰC Cáccơ sở khoa học, thựctiễn Quá trình xử lý sinh học thông số COD, BOD 5, N, P diễn phahiếu khí, thiếu khí, yếm khí Tùy thuộc việc trì pha mà hiệu xử lýcác thông số khác SS nước thải vào loại bỏ lắng họcriêngbiệttrướckhixửlýsinhhọc,hoặcmộtphầnđượcxửlýsinhhọcvàlắng với bùn sinh học PCB chất hữu khó phân hủy nhiên đượcphân hủy phần sinh học, phần hấp phụ vào bề mặt chất rắn,đặcbiệtlàchấtrắn cóđộ xốpcao vi sinh vật sauđó đượcloạibỏcùngSS Trong tiêu chí lựa chọn cơng nghệ để áp dụng, cơng nghệ đangápdụngtạiViệtNamthìSBRcóưuđiểmlàdiệntíchchiếmđấtnhỏ,chiphíđầutư vận hành thấp SBR, A2O công nghệ xử lý N tốt điều kiệnBOD5:TNthấp,tiếptheolàOD.CáccơngnghệcịnlạicókhảnăngxửlýNkémhơntron gđiềukiệnnày Vì vậySBRđượcchọnđểnghiêncứu,cảitiếnphùhợpchoxửlýnướcthảiđặcthùcủalưuvựcsơn gCầuBây 2.2 Cơsở quathực tế vậnhànhnhà máy xửlý nướcthảiYên Sở Nhà máy XLNT Yên Sở áp dụng công nghệ SBR cải tiến kiểu C-Tech (SBR/CTech),cóbểlựachọnvisinhvậtvàhồilưubùn,đượcxâydựngvàbắtđầuvậnhành năm từ 2012 Nước thải đầu vào nhà máy bơm trực tiếp từsôngKimNgưu sơngSét ThựctếnướcthảiđầuvàocóBOD5thấp(trungbình76mg/l),TNcao(47mg/l),tỷlệ BOD5:TN thấp (1,62) Để vận hành đạt QCVN cột A, trước phải bổ sungđườngnhưlànguồnCbổsung,chiphívậnhànhkhoảng4.100Đồng/m3(tứckhoảng3 00tỷĐồng/nămvớicơngsuất200.000m3/ ngày).Vìchiphícao,đểtiếtkiệmchiphí,UBNDthànhphốHàNộiquyếtđịnhphươngánvận hànhkhơngbổsungđường,đạtcộtB,đồngthờigiảmcơngsuất:chỉvậnhànhduytrìởmứccơngsuất60.000m3/ ngày(chỉkhoảng30%cơngsuấtthiếtkế)vàkhơngthảibùndưtừcácbểSBR,làmcholượng bùntrongbể(MLSS)lênđến6.105mg/lsovớimứccầnduytrìchỉ2.500mg/ l(chođếnngày1/10/2013) SaukhicảithiệnđiềukiệnvậnhànhbằngtăngcườngMLSSnhưlànguồnbổsungCthayth ếchođường(doNghiêncứusinhchủtrìthựchiện),đãtiếtkiệmđượcchiphí vận hành cịn 1.686Đồng/m3(tiết kiệm khoảng 60%, tương đương tiếtkiệmđượcgần180TỷĐồng/năm.Qtrìnhđiềuchỉnhvậnhànhđểđạtđượcchiphíthấpnà yrútrađượckếtluậnlà“LượngNđượcloạibỏkhỏinướcthảicóthểtăngb ằ n g c c h t ă n gMLSStrongbểvàtỷlệNxửlýđượccóthểđạtđến 0,61mgN/gMLSS/giờ tỷ lệ BODvào/TNvào= 1,62” Tuy nhiên, MLSS khơng thểtăngcaoqmứcvìviệctăngMLSSdẫnđếngiảmtỷlệF/Mvàgiảmkhảnănglắngcủab ùndotăngvisinhvậtdạngsợi,dẫntớithơngsốSSsauxửlýkhơngđạtQCCP.Đâyvừalàcơs ởkhoahọc,vừalàmộttrongnhữngkếtquảnghiêncứucủaluậnán 2.3 2.3.1 Giảthuyếttrêncơsởkhoahọcvàthựctiễn,thiếtlậpquytrìnhcơngnghệ Các giảthuyết Nước thải thu gom chung lưu vực sơng Cầu Bây có tính đặc thù phần lớncácđôthịViệtNamlà BOD5t h ấ p , B O D 5:TNthấp Hạn chế phải bổ sung nguồn C từ bên cho xử lý TN nước thải cóBOD5:TNthấpbằngtăngcườngcácqtrìnhthiếukhígiảmqtrìnhhiếukhí;đồngthờitănghàmlượngvisinhvật(MLSS)trongbểphảnứngsin hhọc.ĐểtăngkhảnănglắngcủabùndoMLSScaobằngápdụngbểlựachọnvisinhvật(Sel ector)vàtăngthờigiantiếpnhậnnướcthải:giánđoạnthànhliêntục(SBRliêntục).Quytrìn hcơngnghệnàyđượcthiếtlậpđểthựchiệncácgiảthuyếtnàylàL-SBR(L: Lowcarbonsource,cónghĩalànguồnCthấphaytỷlệ BOD5:TN thấp) L-SBRđảmbảo SS trongnướcthảisau xửlýđạtQCCPmặc dù duytrìMLSScao 2.3.2 Mơ tảmơ hìnhđượcthiếtlậpcho cơng nghệmới(L-SBR) Thờigiancácpha50% Thểtíchnướcmax658 % Nước thảivào Bùnhồilưun ộibể trong100% thờigianchuk ỳ Yếmkhí Nước Nước thảivào thảivào Thiếukhí 25% 88-100% Nước thảivào 25% 1006 5% Nước thảivào Rútn ướcđ ã xửlýr a Hiếukhí PhaPhảnứng PhaLắng PhaR útnước Rútbùndư Hình2-1.CácgiaiđoạnvậnhànhL-SBR ThờigiancácphaL-SBRnhưHình2-1.ChukỳLSBRgồm3pha,trongđóthờigiantiếpnhậnnướcthảitrongtấtcảcácphacủachukỳ(100%thờ