Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước phục vụ quy hoạch hệ thống xử lý nước thải sông Tô Lịch đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở

Nhiệm vụ nghiên cứu - Điều tra, thu thập các thông tin về môi trường nước sông Tô Lịch và hệ thống hóa các số liệu về các chỉ tiêu chất lượng nước và bùn trên sông Tô Lịch - Xây dựng mô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

NGUYỄN THỊ NHƯ QUYÊN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC PHỤC

VỤ QUY HOẠCH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SÔNG TÔ LỊCH ĐOẠN TỪ HOÀNG QUỐC VIỆT ĐẾN NGÃ TƯ SỞ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2012

2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

NGUYỄN THỊ NHƯ QUYÊN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC PHỤC

VỤ QUY HOẠCH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SÔNG TÔ LỊCH ĐOẠN TỪ HOÀNG QUỐC VIỆT ĐẾN NGÃ TƯ SỞ

Mã ngành: Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Môi trường

Mã số: 60 85 15

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH NGUYỄN XUÂN NGUYÊN

HÀ NỘI - 2012

4

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sông Tô Lịch 10

1.2 Tổng quan về nước sông 12

1.2.1 Các đặc tính của nước sông 12

1.2.2 Quá trình pha loãng nước thải 14

1.2.3 Khả năng tự làm sạch hóa sinh của nước sông 17

1.3 Quan điểm nghiên cứu 20

1.3.1 Quan điểm hệ thống 20

1.3.2 Quan điểm lãnh thổ 20

1.3.3 Quan điểm phát triển bền vững 20

1.4 Phương pháp nghiên cứu 21

1.4.1 Phương pháp thu thập thông tin 21

1.4.2 Phương pháp quan trắc đánh giá chất lượng môi trường 21

1.4.3 Phương pháp phân tích và tổng hợp 21

1.4.4 Phương pháp mô hình hóa 22

1.4.5 Ngôn ngữ xây dựng phần mềm tính toán 22

CHƯƠNG 2 - HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH 23

2.1 Tổng quan về sông Tô Lịch 23

2.2 Hiện trạng môi trường nước 27

2.2.1 Hiện trạng môi trường nước thượng nguồn sông Tô Lịch 27

2.2.2 Các nguồn và nguyên nhân gây ô nhiễm 36

2.3 Xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm nước sông Tô Lịch 38

2.3.1 Cơ sở thông tin để xây dựng mô hình thống kê 38

2.3.2 Lý thuyết thống kê phục vụ xây dựng mô hình thống kê 38

5

2.3.3 Xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm 43

CHƯƠNG 3 - QUY HOẠCH TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG 46

3.1 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sông Tô Lịch 46

3.2 Quy hoạch định hướng xử lý nước thải 57

3.2.1 Tính toán định hướng quy hoạch các trạm xử lý nước thải tập trung 57

3.2.2 Công nghệ xử lý nước thải tại các trạm tập trung 60

3.2.3 Các biện pháp tổng hợp ngăn ngừa ô nhiễm 66

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

6

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Một số sông nội đô thành phố Hà Nội 23

Bảng 2.2: Các kênh mương và cống xả chính 27

Bảng 2.3: Kết quả đo lưu lượng trên sông Tô Lịch mùa khô 28

Bảng 2.4 Kết quả quan trắc và phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô 30 Bảng 2.5 Kết quả quan trắc và phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa mưa 31 Bảng 2.6 Kết quả phân tích bùn sông Tô Lịch 33

Bảng 2.7: Tỷ lệ biến đổi chất ô nhiễm từ nguồn ra đến sông 35

Bảng 2.8: Các thông số đầu vào của mô hình 44

Bảng 3.1: Các quá trình phát triển công nghệ bùn hoạt tính 47

Bảng 3.2: So sánh một số công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 51

Bảng 3.3: Một số đặc trưng của các công nghệ xử lý 56

Bảng 3.4: Tính toán chi phí của 2 trạm xử lý nước thải tập trung 59

Bảng 3.5: Các thông số kỹ thuật xử lý sơ bộ của 2 trạm xử lý tập trung 62

Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật xử lý AO 63

Bảng 3.7: Các thông số kỹ thuật lắng thứ cấp 64

Bảng 3.8: Các thông số kỹ thuật cô đặc bùn 65

Bảng 3.9: Các thiết bị hỗ trợ dùng trong trạm xử lý nước thải tập trung 65

Bảng 3.10: Các chỉ tiêu ô nhiễm qua các bậc xử lý AO 66

7

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Lưu vực hệ thống sông Tô Lịch 25

Hình 1.2: Vị trí khu vực nghiên cứu 26

Hình 2.3: Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước thải đoạn đầu sông Tô Lịch 29

Hình 3.1: Vị trí quy hoạch hệ thống thu gom và xử lý nước thải 58

Sơ đồ 3.1 Quá trình chuyển hóa nitơ trong nước thải nhờ vi sinh vật 48

Sơ đồ 3.2 Quá trình loại bỏ N sinh học cao 49

Sơ đồ 3.3: Các bước xử lý nước thải sinh hoạt áp dụng cho đoạn đầu sông 60

Sơ đồ 3.4: Công nghệ xử lý nước thải tập trung sông Tô Lịch 61

Sơ đồ 3.5: Sơ đồ tổng hợp các biện pháp kỹ thuật bảo vệ nguồn nước 67

8

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hà Nội là thủ đô của Việt Nam, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa của

cả nước với diện tích tự nhiên lớn nhất và thứ hai về dân số Tuy nhiên, do quá trình đô thị hóa mạnh mẽ, phần lớn các sông hồ Hà Nội đều rơi vào tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng

Lưu vực sông Tô Lịch là trục tiêu thoát nước thải chính của thành phố có tổng diện tích 77,5 km2 toàn bộ chiều dài sông 14,6 km Theo khảo sát của Sở TN-

MT, hiện nay, toàn tuyến có trên 200 cửa xả lớn nhỏ, tuy nhiên toàn tuyến chưa xây dựng hệ thống thu gom tách nước thải và nước mưa

Theo Chi cục Bảo vệ môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội), với đặc điểm gần như không được bổ cập nước từ đầu nguồn, nên về mùa khô, toàn

bộ lượng nước trên sông Tô Lịch là nước thải có tốc độ dòng chảy nhỏ Nước bị tù đọng gây ô nhiễm nặng trên toàn tuyến

Sông Tô Lịch là trục tiêu thoát nước thải chung của thành phố, do vậy được coi là ô nhiễm nặng nhất trong 4 con sông thoát nước trong khu vực nội thành Đã

có nhiều dự án được triển khai nhưng vấn đề giảm thiểu ô nhiễm tuyến sông này vẫn chưa được giải quyết triệt để Để giảm thiểu, ngăn ngừa ô nhiễm và khôi phục sông Tô Lịch, cần có các biện pháp mang tính tổng hợp và đồng bộ Nhằm góp

phần vào mục tiêu nói trên, tác giả luận văn đề xuất và triển khai đề tài: “Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước phục vụ quy hoạch hệ thống xử lý nước thải sông Tô Lịch - Đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tập hợp và hệ thống hóa các số liệu khảo sát và thực hiện khảo sát bổ sung các số liệu ô nhiễm nước và bùn sông Tô Lịch

- Xây dựng mô hình thống kê sự phụ thuộc của các thông số ô nhiễm theo chiều dài sông Tô Lịch đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở

9

- Đề xuất các biện pháp thu gom và tính toán quy hoạch các trạm xử lý nước thải tập trung cho các đoạn sông từ Hoàng Quốc Việt đến Cầu Mới và một số biện pháp tổng hợp nhằm nâng cao khả năng tự làm sạch của sông Tô Lịch

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Điều tra, thu thập các thông tin về môi trường nước sông Tô Lịch và hệ thống hóa các số liệu về các chỉ tiêu chất lượng nước và bùn trên sông Tô Lịch

- Xây dựng mô hình thống kê miêu tả sự phụ thuộc các thông số nước sông

Tô Lịch và phân bố các thông số theo chiều dài sông đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến cầu Mới - Ngã Tư Sở

- Đề suất lựa chọn công nghệ xử lý nước thải thông qua mô hình tính toán chi phí đầu tư và vận hành trạm xử lý tập trung cho các đoạn của sông Tô Lịch

- Đề xuất các biện pháp thu gom, xử lý nước thải và biện pháp tổng hợp cho việc nâng cao chất lượng nước sông

10

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC THẢI 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sông Tô Lịch

Những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX, sông Tô Lịch bắt đầu có hiện tượng ô nhiễm Từ năm 1997, Công ty cấp thoát nước Hà Nội đã điều tra và xây dựng phương án xử lý ô nhiễm môi trường hệ thống sông Tô Lịch [9] Từ năm

1999 đến 2003, Viện hoá học các hợp chất thiên nhiên đã nghiên cứu chất lượng nước hệ thống sông Nhuệ và sông Tô Lịch bằng cách tiến hành quan trắc theo từng tháng một số chỉ tiêu về DO, độ đục, NO3-, PO42-, NH4-N, P-T [12] Sở Tài nguyên & Môi trường Hà Nội cũng đã tiến hành quan trắc lưu vực sông Tô Lịch vào mùa khô và mùa mưa hàng năm Theo đó, chất lượng nước sông ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng

Từ năm 2003, sông Tô Lịch đã bắt đầu được nạo vét và kè 2 bên bờ theo dự

án thoát nước thành phố Hà Nội (giai đoạn 1) nên chất lượng nước sông cũng được cải thiện một phần Tuy thành phố Hà Nội đã quyết tâm và kêu gọi sự tham gia của nhiều đơn vị nghiên cứu khoa học nhưng đến nay vẫn chưa tìm được một giải pháp tối ưu và thích hợp để giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm sông Tô Lịch

Năm 2005, Viện Địa lý đã thực hiện đề tài “Xây dựng cơ sở khoa học cho giải pháp bổ sung nước mặt nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước các sông

Hà Nội” Trên cơ sở nguồn và phạm vi cấp nước bổ sung cho các con sông trong

Hà Nội, đề tài đã ứng dụng 2 mô hình tính toán tải lượng và dự báo lan truyền trên các con sông hệ thống sông Tô Lịch theo các phương án cấp nước bổ sung Kết quả tính toán cho thấy, với mức cấp theo khả năng tối đa là 17,5 m3/s từ sông Hồng qua cống Liên Mạc vào sông Tô Lịch, lượng nước cấp từ sông Hồng cho sông Kim Ngưu là 15 m3/s thì các chất thành phần trong nước hệ thống sông Tô Lịch sẽ đạt

và xấp xỉ ở mức B Tiêu chuẩn cho phép đối với nước mặt [13]

Dòng chảy tự nhiên của sông Tô Lịch là 0,5 m3/s Với lưu tốc dòng chảy như vậy, sông Tô Lịch không có khả năng tự rửa trôi, làm sạch dòng sông Năm

2007, trong báo cáo cuối cùng về chương trình phát triển Đô thị tổng thể Thủ đô Hà Nội (HAIDEP), đoàn nghiên cứu của Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) đã đưa ra đề xuất các phương án lấy nước từ sông Hồng vào hồ Tây với lưu lượng

Tô Lịch phải có một bể lắng với dung tích khoảng 302.000 m3 Phương án này có

ưu điểm là không phải xây dựng thêm hệ thống dẫn mới, nhưng cũng phải chi phí tới 10 triệu USD, chưa kể chi phí vận hành hàng năm [10]

Viện Nghiên cứu Hỗ trợ Phát triển Nông thôn (IRARD) đã kiến nghị UBND thành phố Hà Nội cho thực hiện thí điểm việc dùng hóa chất mà nhóm nghiên cứu thành công có tên là dung dịch HQ1, HQ2, HQ3 làm sạch nước sông Tô Lịch Dung dịch được phun trên toàn bộ 6 con mương hở, màu nước, mùi hôi sẽ giảm, nước sẽ trong trở lại sau 1-2 ngày và giữ được tình trạng này trong vòng 1 tháng Hay một giải pháp khác là sử dụng hoạt chất LTH- 100 do Công ty Cổ phần Công nghệ Xanh thực hiện Triển khai nghiên cứu từ nhiều năm Tuy nhiên, hoạt chất LTH- 100 chỉ là một nhánh nhỏ của tổng thể công nghệ được áp dụng Việc sử dụng hóa chất thường thích hợp với những thủy vực tĩnh nhưng đặc điểm của sông

Tô Lịch là nước thải bổ cập liên tục không ngừng suốt dọc 2 bờ sông nên dùng hóa chất khó có tính khả thi

Công nghệ tàu hút bùn công nghệ khí nén của Viện Nghiên cứu cơ khí đã được đưa vào thử nghiệm tại sông Tô Lịch nhưng công nghệ này mới chỉ dừng lại

Do đó, Tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước phục vụ quy hoạch Hệ thống xử lý nước thải sông Tô Lịch - Đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Ngã Tư Sở” nhằm góp một phần nhỏ trong cách tiếp cận, thu thập và xử lý thông

tin, sử dụng công cụ mô hình hóa phục vụ cho các tính toán và xây dựng bài toán quy hoạch trạm xử lý nước thải theo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đồng thời đề xuất các biện pháp tổng thể bảo vệ môi trường nước sông Tô Lịch

1.2 Tổng quan về nước sông

1.2.1 Các đặc tính của nước sông

Trên thực tế, do là kênh tiêu thoát nước chính nên sông Tô Lịch cũng như các sông nội đô khác ở Hà Nội chịu tác động bởi các hoạt động kinh tế xã hội của con người, và hiện nay đang bị ô nhiễm môi trường ở mức độ cao Khi chảy qua các khu dân cư của Hà Nội thì các chất thải lại càng nhiều thêm và ngày càng gây các hiểm họa cho các cư dân và cho chính con sông Trải qua thời gian, sông không còn tác dụng cung cấp và điều tiết nước như trước đây mà lại đóng vai trò là hệ thống thu gom và tải nước thải

Các yếu tố tự nhiên (do thời tiết) và nhân tác (tác động của con người) được thể hiện qua các đặc tính cụ thể như:

- Có quá trình pha loãng (do các yếu tố như mưa,…)

- Có quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm (do tự làm sạch qua các quá trình hóa học, sinh học và hóa sinh)

Nước sông Tô Lịch cũng như các sông nội đô của Hà Nội là nước thải của thành phố với lưu lượng lớn tích hợp các chất rắn không hòa tan, các hợp chất hữu

cơ dễ phân hủy sinh học, các chất có độc tính cao, kim loại nặng, dầu mỡ, các vi sinh vật gây bệnh…

13

Trong nước sông tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: polysaccarit, protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, axít humic, lipit (dầu, mỡ), phụ gia thực phẩm, chất hoạt động bề mặt, phênol và các dẫn xuất của chúng (chất thải của người, động vật, thực vật, chất bảo vệ thực vật, dược phẩm, thuốc màu, nhiên liệu…), chất hữu cơ tạo phức, hydrocacbon và dẫn xuất của chúng Các hợp chất hữu cơ này có thể tồn tại dưới dạng hòa tan, keo, không hòa tan, bay hơi hoặc không bay hơi, dễ phân hủy hoặc khó phân hủy… Trong nước của các sông ngòi bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, các chất hữu cơ chủ yếu

là cacbon hydrat (CHO) như đường, xenluloza; các chất dầu mỡ (CHO) như axit béo dễ bay hơi; các chất đạm (CHONSP) như axit amin và urê (CHON)m

Chất rắn không hòa tan có 2 dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng Trong

nước thải, các chất rắn không hòa tan có thể lắng, bồi gây cản trở dòng chảy, thay đổi kích thước sông và chế độ dòng chảy Hiện tượng lắng cặn hữu cơ kèm theo quá trình phân hủy sinh học trong lớp bùn, gây thiếu ôxy và tạo nên các khí độc hại như Sunfua hydro (H2S), Mecaptan (R-S), Amoniac (NH4), và mêtan (CH4),… gây mùi hôi và gây độc cho dân cư ven sông

Các chất có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật

phân hủy Một số chất hữu cơ tích lũy và tồn lưu lâu dài trong môi trường Các chất hữu cơ có độc tính cao là phenol và các dẫn xuất của nó, các hóa chất bảo vệ thực vật, các loại tannin và lignin, các loại hydrocacbon đa vòng ngưng tụ… Phênol có nguồn gốc từ một số ngành công nghiệp, thường làm cho nước có mùi, các loại hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp thường là các nhóm phospho hữu cơ, clo hữu cơ, cacbamat, pyretroid tổng hợp… hydrocacbon đa vòng

có nguồn gốc công nghiệp hóa dầu, hóa chất, bột giấy, dược phẩm có khả năng tích lũy lâu dài trong cơ thể sinh vật, trong đó có các chất gây ung thư, biến dị, chúng có độc tính cao đối với người, động vật và hệ sinh thái

Các chất gây phú dưỡng cho nguồn nước là các hợp chất từ nitơ và phospho

rất cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và thực vật Tuy nhiên, xét đến các sông nội đô thì hầu như không có sự phát triển của thực vật dưới nước do đó các chất dinh dưỡng này lại gây nên ô nhiễm cho nguồn nước

14

Các kim loại nặng tồn tại trong nước chủ yếu dưới dạng ion, có nguồn gốc

tự nhiên hoặc từ các hoạt động của con người Kim loại nặng có tính độc hại cao đối với sinh vật và theo đường thức ăn sẽ tác động đến con người Các kim loại nặng như chì (Pb), thủy ngân (Hg), Crom (Cr), cadimi (Cd), Asen (As), niken (Ni)

và selen (Se) phổ biến và có hiệu ứng độc hại cao Do không phân rã nên kim loại nặng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp trong nước hoặc cặn lắng, sau đó tích tụ nhanh trong thực vật và động vật nước Đến sinh vật bậc cao, sự tích tụ kim loại nặng nồng độ lớn đủ gây nên độc hại đối với cơ thể

Dầu mỡ rất khó tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ, có thành

phần hóa học phức tạp Tính độc và tác động sinh thái của dầu mỡ phụ thuộc vào từng loại dầu Dầu chứa phần lớn là hydro cacbon, ngoài ra còn chứa lưu huỳnh, nitơ, kim loại… Các loại dầu nhiên liệu sau khi tinh chế có chứa các chất độc như hydro cacbon thơm đa vòng, polyclobiphenyl, chì… Vì vậy các loại dầu mỡ có độ độc cao và tương đối bền vững trong môi trường nước Hầu hết các loại thực vật, động vật đều bị tác hại do dầu mỡ Các loài thủy sinh và cây ngập nước dễ bị chết

do dầu mỡ ngăn cản quá trình hô hấp, quang hợp và cung cấp dinh dưỡng

Vi sinh và mầm bệnh: Các vi sinh vật gây bệnh qua môi trường nước là vi trùng (Salmonella typhi gây bệnh thương hàn, salmonella paratyphi gây phó thương hàn, salmonella sp gây viêm dạ dầy và ruột, shigella sp gây lỵ, vibrio cholera gây bệnh tả), siêu vi trùng (Entorovirus gây nên nhiều loại bệnh, rotavirus gây bệnh tiêu chảy), các động vật nguyên sinh (giardia lambria và cryptosporidium gây bệnh tiêu chảy) và giun sán (dyphyllobothrium latum gây bệnh giun sán, taenia saginata gây bệnh giun) [8]

1.1.2 Quá trình pha loãng nước thải

Sau khi nước thải đổ vào sông Tô Lịch cũng như hệ thống sông của thành phố Hà Nội bao giờ cũng xảy ra quá trình pha loãng nước thải và chuyển hóa các chất ô nhiễm Các chất ô nhiễm sẽ phân bố và chuyển hóa theo các quy luật tự nhiên, còn được gọi là quá trình tự làm sạch Đó là tổ hợp các quá trình như: cơ lý, hóa lý, hóa sinh, sinh học, hóa học,… diễn ra trong các sông, các chất ô nhiễm tiếp tục được xử lý nhờ tổ hợp các quá trình như trên

Như vậy, trong nguồn nước diễn ra 2 quá trình: pha loãng nước thải (giảm nồng độ chất ô nhiễm) và chuyển hóa chất ô nhiễm (thay đổi trạng thái, bản chất chất ô nhiễm) Hai quá trình này diễn ra đồng thời nhưng cường độ của chúng phụ thuộc vào vị trí miệng xả nước thải, các yếu tố thủy động học dòng chảy như vận tốc, mực nước, lưu lượng, hệ số nhánh, hệ số khuếch tán rối, hình thái sông hồ, độ khúc khuỷu của dòng chảy và các điều kiện môi trường khác

Pha loãng là một trong những quá trình chính làm giảm nồng độ chất ô nhiễm khi xả vào nguồn nước Trong quá trình pha loãng, tổng lượng chất ô nhiễm được coi như không thay đổi cho trường hợp chất ô nhiễm bền vững và không bền vững

Các quá trình hóa lý và sinh hóa diễn ra theo hướng làm giảm nồng độ chất

ô nhiễm theo các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ, lắng đọng chất lơ lửng, hấp thụ chất ô nhiễm, đông tụ và tích tụ sinh học các chất ô nhiễm không hòa tan trong chuỗi thức ăn, tái xâm nhập chất ô nhiễm từ trầm tích vào nước Kết quả cuối cùng của quá trình này là phục hồi một phần hoặc toàn bộ trạng thái ban đầu của nguồn nước

Hiện nay, nguyên nhân gây ô nhiễm hệ thống sông của thành phố Hà Nội là

do quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa diễn ra với tốc độ cao, mật độ dân cư lớn

Đã xác định được hàng nghìn chất gây ô nhiễm khác nhau đó là các hóa chất công nghiệp, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, các chất hoạt động bề mặt, các chất thải bệnh viện… Khi tác nhân ô nhiễm được đưa vào các hệ thống sông, chúng sẽ

bị biến đổi dưới ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên (ánh sáng, nhiệt độ, chế độ thủy văn, sinh vật ) sau đó tác động tới con người và sinh vật

16

Đối với các chất hữu cơ không bền vững (POP- Persisted Organic Pollutant), khi được đưa vào nguồn nước, dưới tác động của các quá trình sinh học, hóa học và vật lý, chúng sẽ bị phân hủy hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác Sự chuyển hóa này có xu thế phục hồi trạng thái ban đầu cho nguồn nước Đây là sự tổ hợp nhiều quá trình diễn ra trong nguồn nước

- Các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất ô nhiễm (chủ yếu là chất hữu cơ) trong nước, trong cặn lơ lửng và trong cặn đáy;

- Các quá trình trực tiếp oxy hóa chất ô nhiễm nhờ oxy hòa tan trong nước hoặc oxy hóa quang hóa…

- Các quá trình hóa lý: hấp thụ, keo tụ, lắng tạo các chất khó hòa tan, bay hơi, tạo váng bọt…

- Các quá trình dinh dưỡng để tích tụ các chất ô nhiễm và chất độc hại trong chuỗi thức ăn hoặc bài tiết chúng thành cặn lắng;

- Các quá trình cạnh tranh sinh học dẫn đến việc tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh và vi sinh vật có hại trong nước

Tốc độ chuyển hóa chất ô nhiễm phụ thuộc vào các yếu tố như: thành phần

và đặc điểm quần thể thủy sinh vật trong vực nước, nhiệt độ nước, độ pH, cường độ chiếu sáng, độ sâu lớp nước, thành phần cặn lơ lửng và các chất hòa tan, đặc điểm bùn đáy…

Quá trình tiêu thụ oxy để oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ là quá trình chủ yếu để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải khi xả vào nguồn Quá trình này phụ thuộc nhiều vào các điều kiện thực hiện quá trình như nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, điều kiện quang hợp, chiều sâu lớp nước, BOD của nước thải… Trong điều kiện nhiệt đới gió mùa với tổng lượng bức xạ mặt trời lớn, nhiệt độ cao, sự chuyển hóa các chất ô nhiễm trong các hệ thống sông đều diễn ra mạnh

Nước mưa, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp… có chứa hàm lượng chất rắn cao Khi thải ra sông chúng là nguyên nhân gây ra độ đục của nước Trong quá trình vận chuyển, phần chất rắn sẽ lắng dần xuống đáy sông do tác dụng của trọng lực Sự lắng đọng của hạt rắn được tăng cường bởi các quá trình tạo bông, keo tụ tự nhiên nhưng lại bị cản trở bởi sự chảy rối của dòng Còn đối với các hóa

17

chất thì trong quá trình phát tán nồng độ, một lượng đáng kể các hóa chất, đặc biệt

là các chất độc có khả năng hấp thụ vào các hạt rắn lơ lửng [7]

1.1.3 Khả năng tự làm sạch hóa sinh của nước sông

Trong quá trình phân hủy hóa sinh, các hợp chất bị thay đổi về chất dẫn đến việc phân hủy chất ban đầu và tạo thành các chất khác trong một số trường hợp, đó

là những chất không có hại, ví dụ như nước và axit cacbonic Trong những trường hợp khác, đặc biệt trong quá trình chuyển hóa các chất thải công nghiệp, các hợp chất thu được thường có độc tính cao hơn chất ban đầu

Phương pháp tự làm sạch hóa sinh ngoài mặt tích cực còn có thể có mặt tiêu cực khi xuất hiện trong nước các sản phẩm bất lợi Nhược điểm của phương pháp làm sạch này là nồng độ oxy trong nước sông bị giảm, dẫn đến việc thiếu hụt oxy trầm trọng, đặc biệt vào mùa đông sẽ gây nên sự thiếu thông khí trong môi trường nước tại các sông Tuy nhiên các quá trình tự làm sạch loại bỏ nhiều các hợp chất ô nhiễm hoặc biến chúng trở thành các hợp chất không độc hại Đây là điểm tích cực mang lại ý nghĩa kinh tế to lớn, nhiều trường hợp phương pháp này không đòi hỏi tốn kém trong việc làm sạch nước thải

Quá trình tự làm sạch chủ yếu căn cứ vào sự thay đổi BOD của nước sông Các nhà khoa học đã nghiên cứu và chứng minh được rằng tốc độ thay đổi BOD trong các bể lọc sinh học đối với nước thải có nồng độ cao trong suốt giai đoạn đầu của quá trình làm sạch nào đó là không đổi

Trong quá trình hóa sinh chất hữu cơ không trực tiếp tham gia vào phản ứng tương hỗ với các chất mà chỉ tác động với chính nó (ở đây không xem xét phản ứng hóa học, có thể xảy ra cùng với quá trình hóa sinh ví dụ như oxy hóa trực tiếp chất hữu cơ bằng oxy hòa tan, bởi vì mức độ của những phản ứng như vậy là rất nhỏ so với quá trình oxy hóa hóa sinh)

Về vai trò nồng độ oxy hòa tan trong nước trong quá trình oxy hóa sinh hóa gần đây đã có nhiều quan điểm khác nhau và khá trái ngược nhau Người ta thấy rằng, hàm lượng oxy hòa tan trong nước cao hơn bình thường làm tăng tốc độ oxy hóa hóa sinh các chất hữu cơ Để đảm bảo hoạt động bình thường cho việc oxy hóa hóa sinh chất hữu cơ trong các hồ chứa nước, nồng độ oxy hòa tan không được thấp

Việc tăng khối lượng vi khuẩn gắn liền với việc đồng hóa chúng bởi chất nền hữu cơ trong nước Mối quan hệ nổi bật nhất của sự thay đổi khối lượng vi khuẩn với nồng độ của chất nền có thể quan sát được trong các bể lọc sinh học, là nơi khối lượng riêng sinh học và nồng độ của chất nền hữu cơ lớn hơn nhiều so với trong nước sông Tất nhiên điều kiện sinh thái trong các bể lọc sinh học là rất khác nhau, nhưng khi chọn mô hình toán học thích hợp cho hiện tượng mô tả thì sự khác nhau này có thể chấp nhận được trong tính toán

Trong quá trình làm sạch các chất ô nhiễm có nồng độ cao, trong đó có cả chất nền dễ bị oxy hóa, trong một khoảng thời gian nào đó kể từ khi bắt đầu quá trình, tải trọng riêng trên khối lượng có thể không ảnh hưởng đến việc tăng trưởng của khối lượng sinh học

Dùng vi khuẩn là chất nền hữu cơ có hai mục đích gắn liền nhau: năng lượng và tạo hình Nêu lên hai mặt này của quá trình hóa sinh: oxy hóa chất nền hữu cơ và sự gia tăng khối lượng sinh hóa khẳng định xử lý chất nền cho cả hai mục đích này được biểu thị bằng những giá trị khác nhau Năng lượng thu được khi oxy hóa hợp chất hữu cơ đo bằng đơn vị oxy, tức là bằng đơn vị BOD, còn sự gia tăng khối lượng bùn – bằng đơn vị thể tích hoặc khối lượng (bằng mg chất khô hoặc bằng ml chất lỏng) BOD giảm trong quá trình làm sạch sinh học nước thải thải nhờ việc tăng khối lượng bùn và điều đó không đưa đến sự khác biệt giữa số lượng chất nền bị oxy hóa hóa sinh và số lượng chất nền chuyển sang dạng hữu cơ – tức là khối lượng bùn trong các bể sinh học hoặc trên màng lọc sinh học Trong một vài công trình, sự gia tăng khối lượng sinh học gắn liền với BOD Tất nhiên,

về chức năng có thể gắn nó với BOD, bởi vì như đã nói trên đây, BOD đặc trưng

ra ít có giá trị về phương diện năng lượng và tạo hình Sự thay đổi tốc độ tự làm sạch quyết định sự biến thiên hệ số không bền vững theo thời gian, hệ số này phụ thuộc vào tính chất của các chất nền bị oxy hóa và đó chính là đặc trưng của chất nền [5]

Trong nước sông tự nhiên xảy ra những quá trình có khả năng tăng cường nồng độ các chất hữu cơ trong nước:

- Quá trình chuyển hóa hóa sinh của các chất trong lớp nước sâu

- Quá trình chuyển hóa hóa sinh khi có các chất ô nhiễm

- Quá trình chuyển hóa hóa sinh khi có các lớp lắng đọng dưới đáy;

- Oxy hóa hóa học bởi oxy hòa tan trong nước

- Oxy hóa hóa học không có oxy hòa tan trong nước

- Oxy hóa quang hóa

- Hút bám và kết tủa

- Sự tích tụ

- Tạo thành các hợp chất khó hòa tan

- Các chất khí và chất dễ bốc hơi thoát ra từ nước

- Lớp váng cô đặc

- Các quá trình khác

Tốc độ của mỗi quá trình đặc trưng bởi hằng số của chính quá trình đó, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước, pH, tia chiếu mặt trời, thành phần khoáng và cơ học của các chất vẩn bẩn, các lớp lắng đọng dưới đáy và yếu tố khác Các yếu tố đã nêu

có quan hệ tương hỗ với nhau và với môi trường xung quanh Khi phân tích hệ thống, xét từng yếu tố nhưng không thể xét riêng lẻ mà phải xét mỗi yếu tố trong mối tương quan và tác động qua lại của nó với các yếu tố khác và với môi trường bên ngoài của chúng Xét hệ thống không chỉ xét lại từng thời điểm mà xét cả quá trình vận động của chúng

Sau khi xem xét giải quyết vấn đề ô nhiễm sông Tô Lịch đòi hỏi phải xem xét tổng hợp tất cả các yếu tố tự nhiên, kinh tế cũng như xã hội Nghiên cứu những đặc thù, quy luật của dòng sông để thấy được xu thế và tìm ra nguyên nhân để có phương hướng tác động tích cực hiệu quả nhất vào hệ thống

1.3.2 Quan điểm lãnh thổ

Nghiên cứu phát triển bền vững không thể tách rời yếu tố lãnh thổ Vì mỗi lãnh thổ đều có những đặc trưng, đặc thù, xu hướng, quá trình và các chính sách phát triển riêng Đối với sông Tô Lịch cần nghiên cứu đặc điểm thủy văn, các quá trình thu gom nước thải từ các hộ dân cư về sông cũng như dựa trên định hướng phát triển kinh tế xã hội của khu vực để đưa ra quy hoạch phù hợp với đặc điểm riêng của con sông này

1.3.3 Quan điểm phát triển bền vững

Phát triển bền vững là sự phát triển kinh tế xã hội dựa trên cơ sở sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, đảm bảo đáp ứng nhu cầu của xã hội trong hiện tại đồng thời không gây tổn hại cho thế hệ mai sau Như vậy, đảm bảo sự phát triển bền vững luôn phải duy trì được sự điều hòa giữa quá trình phát triển kinh tế - xã hội với các yêu cầu về bảo vệ và cải tạo môi trường

21

Sông Tô Lịch đã không còn là sông mà trở thành kênh tiêu thoát nước thải cho thành phố và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước cũng như không khí đặc biệt là vào mùa khô Đây là hệ quả tất yếu của việc phát triển khi tế xã hội không tương xứng với công tác bảo vệ môi trường Kinh tế ngày càng phát triển thì

sự tác động của nó tới môi trường cũng ngày càng tăng Do vậy, để có thế mạnh kinh tế, đồng thời hạn chế những tác động tiêu cực tới môi trường sông cần nắm vững và tôn trọng các quy luật tự nhiên, sử dụng tiết kiệm các nguồn tài nguyên, coi trọng việc áp dụng các công nghệ sản xuất tiên tiến, công nghệ sạch trong các hoạt động sản xuất Thực hiện tổng thể các biện pháp bảo vệ môi trường, cải tạo và phục hồi các thành phần môi trường bị suy thoái

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp thu thập thông tin

Các thông tin phục vụ cho nghiên cứu chủ yếu từ các nguồn đã được công

bố chính thức cũng như các nguồn chưa công bố

1.4.2 Phương pháp quan trắc đánh giá chất lượng môi trường

Các thực nghiệm và phân tích chất lượng nước thải được tiến hành theo các phương pháp của Tiêu chuẩn Việt Nam tại các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn

Các phân tích xác định các chỉ tiêu liên quan đến nước và bùn Cụ thể: + Đối với mẫu nước: tập trung phân tích các chỉ tiêu pH, COD, BOD, DO, N-T, P-T, Coliform, Ecoli, TSS, Hg, Pb,

+ Đối với mẫu bùn: phân tích Cr, Zn, Pb, Hg, As, Cd

1.4.3 Phương pháp phân tích và tổng hợp

Giải quyết vấn đề môi trường sông Tô Lịch là vấn đề hết sức phức tạp Bài toán tối ưu cho việc cải thiện chất lượng môi trường nước sông này là một bài toán lớn, nó liên quan đến nhiều thông số, liên quan đến sự vận động, biến đổi của nhiều yếu tố khác nhau từ lĩnh vực kinh tế, xã hội cho đến tài nguyên môi trường Để có thể nghiên cứu vấn đề một cách toàn diện trước hết phải đi sâu vào phân tích từng vấn đề cụ thể, tiếp đó phải xem xét trong mối quan hệ đa phương, đa chiều bên trong và bên ngoài hệ thống

22

Việc sử dụng phương pháp phân tích và tổng hợp cho phép xem xét và giải quyết các vấn đề nghiên cứu một cách toàn diện, tập trung từ đó rút ra những kết luận xác đáng tránh được cái nhìn phiếm diện, máy móc, tránh được các sai lầm trong việc giải quyết các vấn đề cần nghiên cứu

1.4.4 Phương pháp mô hình hóa

Để xây dựng được mô hình toán, trước tiên phải tiến hành thu thập các số liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu

Từ các mô hình khác nhau, tác giả sẽ xem xét và lựa chọn một dạng mô hình cho đối tượng đang nghiên cứu

Sau khi chọn được mô hình, từ các nguồn thông tin trên, tác giả sẽ thực hiện bước xây dựng mô hình Tức là sẽ giải bài toán tìm các hệ số của mô hình bằng phương pháp toán học, trong nghiên cứu này sử dụng mô hình thống kê toán học với việc sử dụng thuật toán của phương pháp bình phương bé nhất

Sau khi có được mô hình toán thì phải tiến hành kiểm tra mô hình, trong nghiên cứu này, tác giả tính toán hệ số tương quan đa biến R để kiểm tra mô hình

Nếu mô hình vừa xác định được không tương thích với đối tượng nghiên cứu thì cần phải thực hiện theo 2 bước sau:

+ Một là, quay lại bước xem xét và lựa chọn mô hình, từ các loại mô hình khác nhau sẽ lựa chọn một mô hình khác;

+ Hai là, thực hiện bước thu thập thông tin hoặc nghiên cứu thực nghiệm bổ sung;

Sau đó lại tiếp tục thực hiện các bước xây dựng mô hình và kiểm tra mô hình Quá trình xây dựng mô hình cứ lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi xác định được một mô hình toán tương thích với đối tượng nghiên cứu

Trên cơ sở mô hình toán vừa xác định được, sẽ xây dựng thành phần mềm

để thuận tiện cho quá trình tính toán thử nghiệm cũng như tính toán ứng dụng sau này

Bước tiếp theo là kiểm chứng mô hình vừa xác định được trên thực tế Mô hình này sẽ được áp dụng để tính toán cho việc hạn chế giảm thiểu ô nhiễm sông

Tô Lịch

1.4.5 Ngôn ngữ xây dựng phần mềm tính toán

Trong luận văn, tác giả sử dụng ngôn ngữ lập trình Pascal 7.0

23

CHƯƠNG 2 - HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG TÔ LỊCH

ĐOẠN TỪ HOÀNG QUỐC VIỆT ĐẾN NGÃ TƯ SỞ 2.1 Tổng quan về sông Tô Lịch

Sông Tô Lịch là một trong những phân lưu nhỏ của hệ thống sông Hồng có tuổi Holocen không phân chia (từ 10.000 năm trở lại đây) Hiện nay sông Tô Lịch

là một trong bốn con sông nội đô: Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngưu đã được kè bờ, đảm nhận chức năng tiêu thoát nước chính cho thủ đô

Bảng 2.1: Một số sông nội đô thành phố Hà Nội

Tên sông Dài (km) Rộng(m) Sâu (m) Diện tích

lưu vực (ha)

Dung tích (1.000m 3 /day)

Tô Lịch 14,6 30 - 45 3 – 4 6.820 100 - 200 Kim Ngưu 12,2 25 - 30 3 – 4 1.800 85 - 100

Sông Tô Lịch, vị trí bắt đầu có thể được xem là từ cống Phan Đình Phùng (quận Ba Đình), đây là điểm lộ diện trên mặt của mương Thụy Khuê (sông Tô Lịch) Trước vị trí này là đoạn ngầm và được nhiều tài liệu xác định là nối vào hệ thống Hồ Tây Sau đó mương Thụy Khuê (chiều rộng khoảng 2-3 m) chạy dọc đường Thụy Khuê về phía chợ Bưởi, cắt ngang qua đường Lạc Long Quân rồi tới đường Hoàng Quốc Việt Bắt đầu từ điểm này trên bản đồ thành phố Hà Nội đã thể hiện là sông Tô Lịch, chiều rộng của sông tại đây là khoảng 30m, độ sâu khoảng 3m

24

Tiếp theo sông chạy dọc đường Bưởi tới Cầu Giấy, rồi sau đó chạy dọc theo đường Láng cho tới tận Cầu Mới (điểm cắt ngang đường Nguyễn Trãi) Đoạn sông

ở khu vực vừa mô tả có chiều rộng dao động trong khoảng 30 - 40 m, chiều sâu từ

3 - 4m Tiếp theo đoạn này sông tiếp tục chạy dọc đường Kim Giang, Đại Kim, Thịnh Liệt về phía Nam thành phố Tới khu vực Nhà máy Sơn Hà Nội, sông Tô Lịch rẽ nhánh, một nhánh chảy sang hướng Đông về phía hồ Yên Sở, một nhánh chảy xuôi theo hướng Nam qua cầu Tó (cắt ngang đường 70) và đổ vào sông Nhuệ

Đối với nhánh sông Tô Lịch chảy về phía hồ Yên Sở, sông chảy qua địa phận của các thôn: Văn (xã Thịnh Liệt); Bằng B (phường Hoàng Liệt); Huỳnh Cung, Tựu Liệt và Yên Ngưu (xã Tam Hiệp) Tại khu vực thôn Yên Ngưu, sông lại tiếp tục rẽ thành 2 nhánh, một nhánh chạy tiếp về hướng Đông đổ vào hồ Yên Sở, nhánh kia chạy theo hướng nam qua địa phận các xã Tứ Hiệp, Vĩnh Quỳnh, Ngũ Hiệp (huyện Thanh Trì) và cuối cùng cũng đổ vào sông Nhuệ Nhánh sông này có chiều rộng khoảng 5-15 m, độ sâu khoảng 2-3 m, chất lượng nước sông càng về cuối càng sạch do quá trình canh tác sử dụng nước sông của bà con nông dân khu vực hai bên bờ, thêm vào đó là các loại bèo, thực vật nước, rau thả bè, đặc biệt là các khóm tre trồng sát hai bên bờ góp phần cải thiện chất lượng nước sông

Với việc tích cực cải tạo, nạo vét ven bờ sông Tô Lịch của dự án JICA, đoạn

từ Buởi - Ngã Tư Sở - Nhà máy Sơn Hà Nội (xã Thịnh Liệt) cùng với việc chống

xả rác ven hai bờ, bảo vệ thủy diện thoát nước đã tạo diện mạo mới cho sông Tô Lịch

Hình 2.1: Lưu vực hệ thống sông Tô Lịch [23,10]

26

Hình 2.2: Vị trí khu vực nghiên cứu [23 ]

Nguồn nước cấp chủ yếu cho hệ thống sông Tô Lịch là nước mưa và nước thải

do sinh hoạt và sản xuất Theo khảo sát của Sở Tài Nguyên và Môi trường Hà Nội, hiện nay, toàn tuyến có trên 200 cửa xả lớn nhỏ Hầu hết là cống tròn đường kính 100 mm đến 1.800 mm và một số cống hộp lớn kích thước 1.200x1.200 mm đến 5.500x5.000

mm Do đó chế độ thủy văn trở nên phức tạp Mùa mưa, dòng chảy biến động mạnh mẽ theo thời gian và không gian Khi có mưa, nước tập trung chảy vào các hệ thống cống, kênh mương và xả vào sông Tô Lịch Khi mực nước tại đập Thanh Liệt nhỏ hơn 3,5m, nước từ sông Tô Lịch sẽ thoát qua sông Nhuệ Khi mực nước lớn hơn 3,5m, đập Thanh Liệt đóng lại, nước ứ đọng hoặc dồn ngược chảy về phía hồ Yên Sở Tại khu vực hồ

27

Yên Sở, hệ thống bơm chủ động bơm nước thẳng ra sông Hồng, tiêu thoát nước cho nội

thành

Bảng 2.2: Các kênh mương và cống xả chính vào sông Tô Lịch

đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Cầu Mới – Ngã Tư Sở

(m 3 /s)

5 Cống Vị 0,083

(Nguồn: VESDI)[11 ]

2.2 Hiện trạng môi trường nước

2.2.1 Hiện trạng môi trường nước thượng nguồn sông Tô Lịch

Nước sông Tô Lịch trong khoảng thời gian từ năm 1990 đến năm 1998 bắt đầu

có hiện tượng ô nhiễm dần dần Đặc biệt từ năm 1998 cho đến nay thì tình trạng ô

nhiễm đã trở nên trầm trọng Dòng nước có màu đen lẫn nhiều loại rác thải rắn, vào

những lúc nắng to gây ra mùi hôi thối nồng nặc

Sông Tô Lịch hiện nay bị ô nhiễm nặng do nước thải từ nguồn sinh hoạt và công

nghiệp Tải lượng các chất BOD, COD thay đổi hàng ngày từ 8,2 đến 15 kg/ha một

ngày Việc sinh ra tải lượng BOD cao và không có các hệ thống xử lý đã gây ra nguy cơ

ô nhiễm nặng trong nhiều khu vực dân cư của thành phố Hà Nội

Đoạn sông từ Hoàng Quốc Việt đến cầu Mới chủ yếu tiếp nhận nguồn nước thải

sinh hoạt của thành phố, một phần nhỏ nước thải công nghiệp và bệnh viện Nước thải

rất giàu chất dinh dưỡng, fecal coliforms, COD, BOD, chất rắn tổng số, NH4-N và

nhiều kim loại nặng như Ni, Cu, As và Pb

28

Hàm lượng và nồng độ các chất ô nhiễm tuyến sông cũng có sự biến đổi đáng kể

theo mùa và theo các năm Mùa khô thì hàm lượng và nồng độ các chất ô nhiễm thường

lớn hơn so với mùa mưa Trong mùa khô, lượng mưa ít cộng với nhiệt độ cao, cường độ

nắng lớn khiến cho các chất thải thường bị tích đọng, không tạo được dòng chảy, do đó

sự ô nhiễm càng biểu hiện rõ rệt Vào mùa mưa, lượng mưa thường lớn có tác dụng

trong việc pha loãng và tạo động lực chảy do đó nồng độ và hàm lượng các chất thải

1 Cống đường Hoàng Quốc Việt 583668 2327486 9,920.58

2 Cầu đường Nguyễn Khánh Toàn 583623 2326205 29,897.16

Nguồn: Chi cục Bảo vệ môi trường Hà Nội, 2010

Từ năm 2003, sông Tô Lịch đã bắt đầu được nạo vét và kè 2 bên bờ nên chất

lượng nước sông cũng được cải thiện một phần Đoạn sông Tô Lịch từ Hoàng Quốc

Việt đến cầu Mới Ngã Tư Sở đã được kè bờ hoàn toàn không còn là sông theo đúng

nghĩa của nó mà đã trở thành hệ thống kênh chuyên chở nguồn nước thải từ các khu

phố của Hà Nội chảy về phía nam của thành phố Nước sông màu đen, không có các

sinh vật thủy sinh sống tự nhiên

29

Hình 2.3: Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước thải đoạn đầu sông Tô Lịch

(Nguồn: Liên hiệp Khoa học Sản xuất Công nghệ Hóa học (UCE, tháng 9/2011)) QCVN 08: 2008 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước mặt

Ghi chú: HQV: Đầu đường Hoàng Quốc Việt; C.DV: Cầu Dịch Vọng; C.G: Cầu Giấy ; C.C: Cầu Cót ;

C.TH: Cầu Trung Hòa ; C’.M: Cống Mọc; C.M: Cầu Mới;

32

Biểu đồ biểu diễn nồng độ các thông số ô nhiễm

34

Ghi chú: B1: Cống Bưởi; B2: Cầu Dịch Vọng; B3: Cầu Giấy ; B4: Cầu Cót;

B5: Cầu Trung Hòa ; B6: Cống Mọc; B7: Cầu Mới; Kết quả quan trắc tiêu biểu trong các bảng trên cho thấy nước sông Tô Lịch ô

nhiễm hữu cơ nghiêm trọng thể hiện ở sự tăng quá cao nồng độ COD, BOD5, lượng

Nitơ tổng, photpho tổng, … và hàm lượng rất thấp oxy hòa tan Lượng kim loại nặng

cũng khá lớn nhưng chủ yếu tập trung ở trong bùn thải nên hàm lượng trong nước vẫn

đang nằm trong ngưỡng chịu tải

Hàm lượng ôxy hòa tan trong nước thông thường dao động trong khoảng từ 8

-10mg/l nhưng kết quả quan trắc tại đoạn đầu sông Tô Lịch cho thấy chỉ dao động từ

0,01 đến 1,7 mg/l trong đó đa số nằm dưới ngưỡng 1mg/l Với lượng ôxy hòa tan quá

nhỏ như vậy thì quá trình hóa sinh cũng như quá trình tự làm sạch của nước sẽ gặp khó

khăn

Lượng chất rắn lơ lửng trong nước khá lớn, thường dao động từ 50 đến 200mg/l

trong khi đó tiêu chuẩn cho phép đối với xả thải không quá 50 mg/l đối với nước sông

Tại cống Mọc thì hàm lượng gấp gần 4,5 lần tiêu chuẩn cho phép

Chỉ số COD dao dộng từ 93 đến 200 mg/l lớn hơn tiêu chuẩn cho phép đối với

nước mặt từ 2,5 đến 6 lần Còn chỉ số BOD dọc đoạn sông dao động chủ yếu trong

khoảng từ 60 đến 120mg/l đều vượt tiêu chuẩn

Hàm lượng NH4 cao hơn tiêu chuẩn cho phép hàng chục lần, cá biệt ở khu vực

Cầu Giấy hàm lượng vượt gần 70 lần

Các số liệu đo được về vi khuẩn đường ruột đều vượt mức cho phép có nơi gấp

hàng nghìn lần

Lý luận giả thuyết tính toán quá trình chuyển hóa các chất trong mùa khô không

có nước mưa pha trộn; Lượng nước sử dụng trung bình cho một đầu người là

0,15m3/ngđ (tiêu chuẩn xây dựng); Thải lượng tiêu chuẩn tính theo một đầu người

tương đương (Equivalent Population) là 233mg/l BOD, 400mg/l COD, 80 mg/l N-T,

20mg/l P-T và 466,7 mg/l SS

35

Bảng 2.7: Tỷ lệ biến đổi chất ô nhiễm từ nguồn ra đến sông

STT Vị trí

Lưu lượng

Số dân tương đương

Tương đương thải ra sông (%) 55,71 38 49,13 23 10,93

Tương đương thải ra sông (%) 41,14 27,5 52,5 25 10,28

6 Cầu Cống Mọc 25.671,62 171.146 105 132 41,2 4,73 63

Tương đương thải ra sông (%) 45 33 51,5 23,65 14,1

Tương đương thải ra sông (%) 44,39 37,25 49,75 22,6 21,21

Theo tính toán thì tỷ lệ biến đổi của hàm lượng BOD khoảng 40 - 45%, COD là

60% trên đường vận chuyển từ các hộ dân (nguồn thải) ra đến sông, N-T cũng bị biến

đổi trên dưới 50% còn P-T và SS thì bị biến đổi khá lớn Như vậy, quá trình tự làm sạch

nước thải đã diễn ra trong suốt quá trình nước thải chảy từ nhà dân ra đến sông Tuy

nhiên với tỷ lệ biến đổi khá cao như tính toán thì có thể được lý giải do hệ thống thu

36

gom từ nguồn thải ra đến sông chưa được hoàn thiện gây thất thoát do bay hơi, ngấm, lắng Để xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung cần phải hoàn thiện lại hệ thống thu gom để nồng độ chất ô nhiễm khi đến trạm sẽ không dao động lớn

2.2.2 Các nguồn và nguyên nhân gây ô nhiễm

Vấn đề ô nhiễm sông Tô Lịch là tổng hợp của nhiều nguyên nhân, từ khách quan tới chủ quan của chính thủ đô Hà Nội, bao gồm các nguyên nhân từ sự quản lý của chính quyền, hệ thống pháp luật môi trường và vấn đề thực thi pháp luật, vấn đề quy hoạch, ý thức của người dân …

- Nguyên nhân từ hoạt động của các các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất nhỏ lẻ:

Theo số liệu thống kê, Hà Nội có khoảng 422 cơ sở thuộc 17 ngành nghề có nguy cơ gây ô nhiễm trong đó có 209 cơ sở thuộc nội thành Trước mắt phải di dời ngay các cơ sở có diện tích đất lớn hoặc đang gây ô nhiễm nghiêm trọng hoặc không phù hợp quy hoạch tại các quận Đống Đa, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Tây

Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân, Long Biên, Hoàng Mai và Hà Đông trước năm 2012 Các

cơ sở này cùng hàng nghìn cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp (hầu hết chưa có hệ thống xử lý chất thải) thuộc nhiều ngành nghề sản xuất khác nhau nằm rải rác trong các khu dân cư thiếu đầu tư cho các hệ thống xử lý nước thải đã gây nên nhiều hiểm họa môi trường và gây ô nhiễm các tuyến sông nội đô

- Nguyên nhân từ các bệnh viện, cơ sở khám chữa bệnh và khu dân cư:

Hiện nay, trong phạm vi 4 quận nội thành đã có 43 cơ sở y tế cần được xem xét

di dời, trong đó có 13 bệnh viện cấp Trung ương, 4 bệnh viện Bộ Ngành, 13 Viện nghiên cứu, và 13 bệnh viện cấp Thành phố Ngoài ra trên địa bàn còn hàng nghìn bệnh viện, phòng khám tư nhân, trung tâm y tế, trạm y tế cấp xã phường Điều đáng nói là nhiều cơ sở có mức độ lây nhiễm cao, lại nằm trong khu dân cư đông đúc Bên cạnh đó, nhiều bệnh viện lại quá nhỏ hẹp, lại nằm trong khu hạn chế phát triển, khiến cho hạ tầng ngày càng quá tải, nhất là lượng chất thải y tế lớn xả ra mà không có khả năng xử

lý Trong khi mới chỉ có chưa tới 50% số cơ sở y tế lớn có hệ thống xử lý nước thải, số nước thải còn lại mang nhiều mầm bệnh, được các cơ sở y tế thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước của thành phố

37

- Nguyên nhân từ cơ sở hạ tầng còn yếu kém:

Hiện nay cơ sở hạ tầng cấp thoát nước và giao thông đô thị của thành phố chưa đáp ứng được yêu cầu Hệ thống thoát nước của thành phố gần như không đủ khả năng điều tiết nước mưa, đều là hệ thống chắp vá giữ khu cũ và khu mới, giữa lạc hậu và hiện đại, chưa có hệ thống thoát nước thải riêng Đặc biệt trong năm 2008, sau tận bão lịch sử hầu hết các tuyến đường của thành phố đều bị ngập, nước thải từ sông và các hố

ga trào lên, ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của người dân Hiện nay Hà Nội cũ mới xử

lý được khoảng 5% nước thải sinh hoạt, còn lại 95% nước thải sinh hoạt đô thị chỉ xử lý

sơ bộ rồi đổ thẳng ra sông, hồ [2]

Việc thiếu các khu xử lý chất thải đạt yêu cầu về môi trường và hệ thống tiêu thoát nước không phát huy tác dụng ngày càng gây nên ô nhiễm cho thành phố

- Công cụ pháp luật:

Việc xử phạt hành chính mặc dù đã nâng mức phạt tối đa từ 70 triệu đồng lên

500 triệu đồng/cơ sở [17, 18] nhưng cũng chưa đủ độ răn đe cần thiết Chưa áp dụng các công cụ kinh tế với nguyên tắc “người gây ô nhiễm phải trả tiền” để buộc các tổ chức, cá nhân có ý thức chấp hành, tuân thủ quy định về bảo vệ môi trường

- Quản lý của cơ quan chức năng:

Nguyên nhân xuất hiện nhiều điểm ô nhiễm môi trường mới nằm xen lẫn trong khu dân cư là do các cơ quan chức năng, các địa phương chưa thực hiện các biện pháp

có hiệu quả trong giám sát, xử phạt kịp thời các vi phạm của doanh nghiệp, cơ sở đã gây ô nhiễm môi trường, nguồn nước

Cơ chế thanh, kiểm tra chưa phù hợp, chỉ thanh, kiểm tra 1-2 lần/năm/cơ sở và

có thông báo trước nên các doanh nghiệp thường đối phó và tìm cách “lách luật”

- Ý thức của người dân

Một trong những nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm này còn là do ý thức bảo vệ môi trường của người dân sống dọc theo sông và người dân trên địa bàn thành phố Hà Nội Hiện tượng xả thải trực tiếp không chỉ nước thải mà cả rác thải xuống sông xảy ra thường xuyên

Tổng hòa các nguyên nhân trên đây đã khiến cho các tuyến sông nội thành đang mất dần sự hồi phục Cần thiết phải có các hành động thực tiễn để đầy lùi các nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm này

38

2.3 Xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm nước sông Tô Lịch từ Hoàng Quốc Việt đến cầu Mới - Ngã Tư Sở

2.3.1 Cơ sở thông tin để xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm

Thông tin để xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm bao gồm các số liệu quan trắc về chất lượng nước dọc theo tuyến sông

Tuy nhiên, việc xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm bước đầu được thực hiện trên một số chỉ tiêu chính để làm nên cơ sở lý luận của phương pháp Các chỉ tiêu bao gồm BOD, COD, SS, NH4

Bên cạnh các chỉ tiêu về nước thải, còn sử dụng một số thông số vật lý của tuyến sông như: chiều dài, độ rộng, độ sâu, vận tốc dòng chảy, hệ số uốn khúc…

2.3.2 Lý thuyết thống kê phục vụ xây dựng mô hình thống kê phân bố ô nhiễm

Khảo sát các loại mô hình và lựa chọn mô hình

Chúng ta xem xét hàm phụ thuộc của Y với các biến Xi sau:

Y = f(Xi) ; i= 1 ,m

Trong đó: m là số bậc của hàm toán (số biến số Xi)

Khi X1, X2, …, Xm không phụ thuộc nhau (độc lập nhau), tức là:

X f A Y

1

) ( (B)

i i

c X b X

a

X X

f

+ +

cả vì nó cho phép tìm sự phụ thuộc biến đổi các yếu tố (nồng độ các chất) và các yếu

tố không gian (chiều dài lấy mẫu)

Trường hợp này quan hệ phụ thuộc giữa Y và Xi là sử dụng dạng hàm của f(Xi)

1

Mô hình trên là dạng mô hình được sử dụng trong luận văn khi nghiên cứu xây dựng các mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số của nước thải trên sông Tô Lịch

Vì vậy nếu n là số thí nghiệm thì mô hình viết cho thí nghiệm thứ j ( j= 1 ,n) sẽ

mj

b j

b j

2 1

=

Trong đó:

- Yj là giá trị kết quả của hàm toán tại thí nghiệm thứ j (j= 1 ,n);

- Xij là biến số thứ I (i= 1 ,m) của hàm toán tại thí nghiệm thứ j;

- A, b1, b2, …, bm là các hệ số của hàm toán và cần phải xác định

Logarit hóa phương trình ta sẽ được:

lgYj = lgA + b1.lgX1j + b2.lgX2j + … + bm.lgXmj Với j= 1 ,n, ta đặt:

Các hệ số bo, b1, b2, …, bm không phụ thuộc vào t là các hệ số của hàm toán cần

phải xác định trong quá trình giả bài toán nên phương trình có thể được viết như sau:

yj(bo, b1, b2, …, bm) = bo + b1.x1j + b2.x2j + + bm.xmj Với: j= 1 ,n

i= 1 ,m

Phương trình này là phương trình hồi quy của hàm ban đầu và các hệ số bo, b1,

b2, …, bm không phụ thuộc vào t sẽ được xác định bằng thuật toán của phương pháp

bình phương bé nhất theo các biến số bo, b1, b2, …, bm không phụ thuộc vào t sao cho:

n 1 j

ij m 2 1 o

tn j m

2 1

o , b , b , , b ) y ( b , b , b , , b , x ) b

y là giá trị của hàm toán của thí nghiệm thứ j ( j= 1 ,n)

Nếu y j( bo , b1 , b2 , … , bm, xij)là hàm khả vi thì điều kiện để phương trình đạt cực tiểu là:

,

(

0 ) , ,

2

0 ) , , , , ( ) x , b , , b , b , b (

tn

j

m

ij m i o j j

ij m i o j j

o

ij m i o j j

b

x b b b y y

b

x b b b y y

b

x b b b y y

Sau khi biến đổi ta được:

, , , ,

, , , ,

(

y

0 ) , , , , ( ) x , b , , b , b , b ( )

, , , ,

tn

j

m

ij m i o j n

j

j m

ij m i o

j

ij m i o j n

j j ij

m i o

j

o

ij m i o j n

j

j o

ij m i o

j

b

x b b b y y

b

x b b b

y

b

x b b b y y

b

x b b b

y

b

x b b b y y

b

x b b b

+ +

= +

+ +

= +

+ +

m j

mj mj

j m j

oj m j

oj oj

o

y x x

b x

x b x

x

b

y x x

x b x

b x

x

b

y x x

x b x

x b

x

b

2 1

1

1 1

2 1 1 1

1 1

2

.

.

.

.

.

Hệ phương trình trên có số phương trình đúng bằng hệ số chưa biết bo, b1, b2, …,

bm không phụ thuộc vào t trong phương trình hồi quy và trong thống kê toán học gọi là

hệ phương trình chuẩn

Hàm số φ(bo, b1, b2, …, bm) ≥ 0 ở bất kỳ giá trị bo, b1, b2, …, bm nào, cho nên nó

sẽ có ít nhất một cực tiểu Bởi vậy nếu hệ phương trình chuẩn có một nghiệm duy nhất thì nghiệm đó sẽ là cực tiểu của hàm số φ(bo, b1, b2, …, bm)

Giải và tìm nghiệm của hệ phương trình bằng các phương pháp toán học, ví dụ

sử dụng phương pháp Gauss

Đặt: