Nghiên cứu đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải lưu vực cửa sông Cu Đê

Mục tiêu cụ thể Có được mô hình chất lượng nước, mô phỏng sự lan truyền và phân bổ các chất ô nhiễm trên các đoạn sông Cu Đê ở vùng hạ lưu sau khi tiếp nhận nước thải từ các hoạt động p

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

ĐẶNG NGUYỄN THỤC ANH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI LƯU VỰC VÙNG CỬA SÔNG CU ĐÊ

Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

Mã số : 60.52.03.20

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN VĂN QUANG

Phản biện 1: TS ĐẶNG QUANG VINH

Phản biện 2: TS NGUYỄN DƯƠNG QUANG CHÁNH

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật môi trường họp tại Trường Đại học Bách

khoa vào ngày 03 tháng11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách

khoa

-Thư viện Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Đê, đảm bảo nằm trong khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

và không gây tác động tiêu cực đến chất lượng nguồn nước

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Đánh giá được khả năng tiếp nhận nước thải của sông Cu Đêtheo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực làm cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp kỹ thuật quản lý xả thải và khai thác hợp lý, bền vững nguồn nước

2.2 Mục tiêu cụ thể

Có được mô hình chất lượng nước, mô phỏng sự lan truyền và phân bổ các chất ô nhiễm trên các đoạn sông Cu Đê ở vùng hạ lưu sau khi tiếp nhận nước thải từ các hoạt động phát triển kinh tế xã hội

Đánh giá hiện trạng và dự báo xu thế diễn biến chất lượng nước theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực vùng hạ lưu sông Cu Đê

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

2

Chất lượng nước sông Cu Đê, và các quá trình lan truyền chất

trên các đoạn sông vùng hạ lưu sông Cu Đê với chiều dài 7,8 km tính

từ vịnh Đà Nẵng

Các thông số chất lượng nước, đánh giá hiện trạng chất lượng

nước sông Cu Đê và đoạn sông tiếp nhận nước thải bao gồm: pH, Độ

mặn (Sal.), DO, TSS, BOD5, BOD, COD, N-NH4, N-NO3, T-N,

P-PO4, T-P và Coliform; đánh giá các nguồn thải: BOD5, BOD, COD,

N-NH4, P-PO4 và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của lưu vực sông theo thông số chất hữu cơ (BOD5 và BOD)

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Thời gian,chất lượng nước trong các tháng mùa khô: Từ tháng

03 đến tháng 08

Không gian,lưu vực sông chịu ảnh hưởng của thủy triều (từ

ngã ba suối Cây đến vịnh Đà Nẵng) Các nguồn thải từ các hoạt động phát triển trên lưu vực, được xác định theo các số liệu hiện trạng và quy hoạch các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Cu

Đê

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu xây dựng trên cơ sở áp dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau đây:

Phương pháp kế thừa

Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Phương pháp xử lý thống kê, phân tích, đánh giá, tổng hợp thông tin, dữ liệu

Phương pháp tiếp cận theo quy mô đoạn sông

Phương pháp mô hình hóa toán học

Phương pháp quan trắc và phân tích

Phương pháp đánh giá

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3

5.1 Ý nghĩa khoa học

Các kết quả của đề tài: các chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước, có giá trị tham khảo cho các nghiên cứu về chất lượng nước sông;

Phương pháp thiết lập mô hình bằng các chuỗi số liệu thực đo

và giá trị của các hệ số: chuyển hóa các chất hữu cơ k BODvà hệ số phân

tán E x xác định được có giá trị tham khảo trong các nghiên cứu về đánh giá sức tải và nghiên cứu dự báo xu thế chất lượng nước trên lưu

vực sông Cu Đê cũng như các lưu vực sông có điều kiện tương tự

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đóng góp thêm 03 chuỗi số liệu quan trắc đồng bộ chất lượng nước sông Cu Đê cho nguồn số liệu quan trắc chất lượng nước sông, phục vụ cho các hoạt động chuyên môn của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng

Mô hình chất lượng nước đã được thiết lập có đủ độ tin cậy cần thiết để sử dụng như là một công cụ đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cu Đê và đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước

6 Cấu trúc của luận văn

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Nguồn nước và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.1.1 Nguồn nước và phân loại nguồn nước

1.1.1.1 Nguồn nước [18]

4

Là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể khai thác, sử dụng cho mục đích sinh hoạt và các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các tầng chứa nước dưới đất; mưa, băng, tuyết và các dạng tích tụ nước khác

1.1.1.2 Phân loại nguồn nước

Theo mục đích sử dụng được chia thành các loại nguồn nước: cấp cho sinh hoạt và các mục đích khác như giải trí, tiếp xúc với nguồn nước và nuôi trồng các loại thuỷ sản

Theo độ mặn thường theo nồng độ muối trong nguồn nước được chia thành nước ngọt, nước lợ và nước mặn

Theo vị trí nguồn nước chia thành các nguồn nước mặt (sông, suối, ao, hồ ) và nước ngầm

1.1.2 Chất lượng nguồn nước

Nguồn nước của sông, hồ,…luôn có chứa một lượng các loại vật chất nhất định, bao gồm các chất vô cơ, chất hữu cơ, các vị khuẩn

và vi sinh vật… Tất cả các loại vật chất có trong nước sẽ tạo nên chất lượng của nguồn nước

1.1.2.1 Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước

* Các chỉ tiêu vật lý

* Các chỉ tiêu hóa học

* Các chỉ tiêu sinh học

1.1.2.2 Quản lý chất lượng nguồn nước

Quản lý chất lượng nguồn nước là tổng hợp các biện pháp, luật pháp, chính sách kinh tế, kỹ thuật, xã hội thích hợp nhằm bảo vệ chất lượng nguồn nước đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng và xả nước thải vào nguồn nước một cách hợp lý, đúng đắn phục vụ phát triển kinh tế

xã hội nhưng vẫn đảm bảo giá trị giới hạn các thông số chất lượng

nguồn nước nằm trong Quy chuẩn cho phép [18]

5

1.1.3 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.1.3.1 Các khái niệm cơ bản[12]

Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, là khả năng

nguồn nước có thể tiếp nhận thêm một lượng nước thải mà vẫn bảo đảm chất lượng nguồn nước cho mục đích sử dụng theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam hoặc tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật nước ngoài được cơ quan nhà nước có thẩm quyền cho phép áp dụng [18]

1.1.3.2 Các phương pháp đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông[5]

a) Phương pháp đánh giá trực tiếp

Công thức đánh giá: (1.1)

b) Phương pháp đánh giá gián tiếp

Công thức đánh giá: (1.2)

c)Phương pháp đánh giá bằng phương pháp mô hình

Ngày 29/12/2017, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT quy định về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của nguồn nước sông, hồ thay thế cho Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT Theo quy định tại Điểm b Khoản 2 Điều 5 Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT thì đối với đoạn

sông bị ảnh hưởng của thủy triều chỉ áp dụng phương pháp mô hình

để đánh giá Mô hình để đánh giá phải được hiệu chuẩn trước khi thực

hiện việc đánh giá

1.2 Mô hình chất lượng nước và các ứng dụng trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.2.1 Mô hình chất lượng nước

1.2.1.1 Khái niệm

Trên cơ sở định luật bảo toàn khối lượng, phương trình vi phân

1.2.1.2 Các mô hình chất lượng nước

a) Mô hình tải - phân tán 2 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài và chiều rộng lớn hơn rất nhiều so với chiều sâu Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu, và với giả thiết, bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy, quá trình khuếch tán theo phương oz từ phương trình (1.8) ta có phương trình

mô tả quá trình lan truyền, khuếch tán các chất tại một điểm trong dòng chảy:

b) Mô hình tải - phân tán 1 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng Khi đó chúng ta có thể bỏ qua

7 chiều sâu và chiều rộng, với giả thiết, bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy, quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ phương trình (1.8) ta có phương trình tải - phân tán một chiều các chất tại một điểm trong dòng chảy

(

)

(1.10) Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux: Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x,m/s Ex: Hệ số phân tán rối vật chất trong dòngchảy theo phương x,m 2 /s

c) Mô hình tải 1 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu và chiều rộng, với giả thiết, bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy theo các phương oy, oz và bỏ qua quá trình khuếch tán từ phương trình (1.8) ta có phương trình tải một chiều các chất tại một điểm trong dòng chảy

(1.11) Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux: Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x,m/s

d) Mô hình phân tán một chiều

Tương tự như trên và thường áp dụng cho các đoạn sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng và có vận tốc dòng chảy bé Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu và chiều rộng và bỏ qua sự lan truyền chất do quá trình tải và bỏ qua quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ phương trình (1.8) ta có phương trình phân tán một chiều các chất tại một điểm trong dòng

8 chảy

(1.12) Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

E x :Hệ số phân tán rối vật chất trong dòng chảy theo phương x,m 2

/s

e) Mô hình phân hủy và chuyển hóa

Với giả thiết, bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy và bỏ qua quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ phương trình (1.6) ta

có phương trình phân hủy và chuyển hóa các chất như sau:

(1.13) Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

Giá trị k (hằng số tộc độ phân hủy), được xác định dựa trên cơ

sở phân tích các quá trình sinh thái chất lượng nước xảy ra trong dòng chảy Sự chuyển hóa các chất trong dòng chảy có liên quan đến tất cả các quá trình sinh thái trong hệ sinh thái dòng chảy sông

1.2.2 Ứng dụng các mô hình trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông

Ứng dụng Mike 11 đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai, tác giả Nguyễn Huy Khôi đã sử dụng Mike 11 với các

modul thủy lực (HD), mưa dòng chảy (RR), tải khuếch tán (AD) và ECOLAB mô phỏng chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai theo hai thông số BODmax và DOmin cho kết quả: trong các tháng mùa kiệt, khi dòng chảy thượng nguồn giảm, chất lượng nước sẽ xấu đi, đặc biệt các đoạn sông chảy qua các khu công nghiệp và đô thị [11]

Ứng dụng mô hình Mike 11 tính toán thủy lực, chất lượng nước cho lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, tác giả Trần Hồng Thái và cộng

9

sự đã sử dụng MIKE 11 với các modul AD và ECOLAB, mô phỏng chất lượng nước cho toàn bộ hệ thống sông Sài Gòn-Đồng Nai, cho kết quả về thủy văn, thủy lực là khá tốt và để có được ứng dụng hiệu quả quy hoạch các nguồn thải, cần có được số liệu đồng bộ và có độ tin cậy về thủy lực và chất lượng nước [20]

Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng quá trình lan tryền chất ô nhiễm do nuôi trồng thủy sản trên một số sông lớn tỉnh Quảng Trị, tác giả Nguyễn Vũ Anh Tuấn và cộng sự đãsử dụng modul HD, AD và

WQ mô phỏng chất lượng nước trên các hệ thống sông Bến Hải, Thạch Hãn và Sa Lung cho kết quả về sự dịch chuyển và thời gian phục hồi lại chất lượng nước ban đầu phù hợp với số liệu quan trắc của

Sở Tài nguyên và Môi trường trong các năm 2013 và 2014 [22]

Ứng dụng mô hình Mike 21 FM mô phỏng chất lượng nước khu vực ven biển Đình Vũ- Hải Phòng, tác giả Trần Hồng Thái đã

nghiên cứu cho kết quả là bộ tham số thủy lực cho kết quả hiệu chỉnh

và kiểm định tốt và theo kết quả quan trắc năm 2014 và 2015, bộ tham

số ECOLAB có sai số tương đổi [21]

Tổng hợp các nội dung và kết quả của các nghiên cứu trên cho thấy: sử dụng các mô hình (phần mềm) làm rõ được xu thế biến đổi chất lượng nước do các ảnh hưởng của dòng chảy theo mùa Độ tin cậy về chất lượng nước vào thời điểm mùa kiệt với các chất ô nhiễm

cụ thể chưa được làm rõ, nguyên nhân là do: (i) thiếu các số liệu về quá trình phân tán (E x ), sự phân hủy (k d ) và chuyển hóa (k r ) các chất ô nhiễm xem xét trong dòng chảy (thường sử dụng các số liệu được mặc định sẵn có trong modul WQ và Ecolab; (ii) thiếu các chuỗi số liệu đồng bộ và có đảm bảo độ tin cậy làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

1.3 Hiện trạng chất lượng nguồn nước sông Cu đê

1.3.1 Giới thiệu lưu vực sông Cu Đê

10 Lưu vực sông Cu Đê có chiều dài 38km, diện tích lưu vực 425,2

km2 và dòng chảy được hợp lưu bởi sông Nam và sông Bắc Lưu lượng dòng chảy chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa, vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy nhỏ và chịu ảnh hưởng của triều

Tại vùng sông hạ lưu sông Cu Đê, do địa hình thấp, dòng chảy trong sông chịu ảnh hưởng của thủy triều, mực nước sông lên xuống trong ngày theo sự lên xuống của thủy triều Các tháng mùa khô vùng cửa sông thường bị xâm nhập mặn, chiều dài đoạn sông bị xâm nhập mặn biến đổi theo chế độ triều và dòng chảy từ thượng lưu và dao động trong khoảng từ 8 đến 14 km

1.3.2 Hiện trạng chất lượng nguồn nước

Theo kết quả quan trắc trong 03 đợt vào các ngày 09/6/2018, 7/7/2018 và 11/7/2018 tại 09 vị trí cho thấy chất lượng nước vùng cửa sông Cu Đê nhìn chung là tương đối tốt.Tất cả các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng mặt [1] Phía hạ lưu do bị tác động của nhiều nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, khu dân cư nên các giá trị BOD5, NH4

+

, NO3 -

, PO4 3-

có xu hướng cao hơn so với khu vực thượng lưu Đặc biệt vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy nhỏ, ảnh hưởng của triều cao, sông có độ dốc nhỏ nên trên chiều dài gần16

km tính từ vùng cửa sông Cu Đê thường xuyên bị nhiễm mặn với nồng

độ thay đổi theo lưu lượng dòng chảy từ thượng lưu và biên độ triều Trong những năm khô hạn, mặn có thể xâm nhập vào đến cửa Khe Cầy, thôn Bàu Bàng, xã Hòa Bắc[30]

1.3.3 Các nghiên cứu và các dự án phát triển kinh tế xã hội

Theo quy hoạch hệ thống cấp nước thành phố Đà Nẵng đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 thì nguồn nước sông Cu Đê là nguồn cung cấp nước chính cho nhà máy nước Hòa Liên Bên cạnh đó, việc hình thành các khu đô thị mới ven sông và tăng quy mô các dự án

11 đầu tư vào các khu công nghiệp, việc mở rộng diện tích nuôi tôm sẽ gây áp lực lớn đến chất lượng nguồn nước mặt và suy giảm khả năng tiếp nhận, sức chịu tải của vùng cửa sông Cu Đê.Tuy nhiên, hiện nay, trên toàn bộ các lưu vực sông tại Đà Nẵng chưa có một nghiên cứu nào đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải/sức chịu tải của sông

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và phạm vi

2.1.1 Đối tượng

Chất lượng nước sông Cu Đê, thành phố Đà Nẵng và các yếu

tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm trên đoạn sông vùng hạ lưu

Đoạn sông đánh giá, được lựa chọn có chiều dài 7,8 km (cách

cầu Trường Định khoảng 2,8 km về phía thượng lưu) (Xem hình 2.1)

Các thông số chất lượng nước, đánh giá hiện trạng chất lượng

nước sông Cu Đê và đoạn sông tiếp nhận nước thải bao gồm: pH, Độ mặn (Sal.), DO, TSS, BOD5, COD, N-NH4, N-NO3, T-N, P-PO4, T-P

và Coliform; đánh giá các nguồn thải: BOD5, COD, N-NH4, P-PO4 và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông với thông số chất hữu cơ theo BOD5 và BOD

2.1.2 Phạm vi

Thời gian, dòng chảy sông vào mùa kiệt và trong khoảng thời

gian từ tháng 03 đến tháng 08

Không gian, các nguồn thải vào đoạn sông đánh giá được xem

xét dựa trên cơ sở hiện trạng và theo quy hoạch các hoạt động phát

triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Cu Đê

2.2 Nội dung

2.2.1 Thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan

12

Các số liệu, tài liệu thu thập bao gồm: (i) Các số liệu và đề tài nghiên cứu có liên quan đến chế độ thủy văn, dòng chảy sông Cu Đê; (ii) Các số liệu quan trắc chất lượng nước của Chi cục bảo vệ môi trường, thành phố Đà Nẵng; (iii) Các số liệu quan trắc chất lượng nước từ các đề tài và dự án có liên quan; (iv) Các nguồn thải: nước thải sau xử lý từ KCN Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng và KCN Thanh Vinh và các trạm xử lý nước thải theo quy hoạch thoát nước và

Các thông số chất lượng nước phân tích tại phòng thí nghiệm bao gồm: TSS, chất hữu cơ (BOD5 và COD), chất dinh dưỡng: N-NH4; N-NO3; P-PO4 và Coliform

Qúa trình khảo sát và lấy mẫu được thực hiện 03 đợt trong các ngày: 09/06, 07/07 và 11/07/2018

2.2.3 Xây dựng mô hình chất lượng nước

Mục đích

Lựa chọn mô hình chất lượng nước và xác định các hệ số của

mô hình: thủy lực (u), tốc độ phân tán (E) và chuyển hóa các chất ô nhiễm (k r ) trên đoạn sông đánh giá

Nội dung