Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá khả năng chịu tải của sông hàn lưu vực tiếp nhận nước thải trạm xử lý nước thải hòa cường

i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn HÀ THỊ UYÊN THƯ ii NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA SÔNG HÀN - LƯU VỰC TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI HÒA CƯỜNG Học viên: Hà Thị Uyên Thư Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60.52.03.20 Khóa: 31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Cơng tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước cấp, ngành quan tâm, nhiên nghiên cứu thuộc lĩnh vực chưa có cơng trình nghiên cứu đánh giá khả tiếp nhận nước thải lưu vực tiếp nhận nước thải Trạm XLNT Hòa Cường nên việc nghiên cứu ứng dụng mơ hình mơ chất lượng nước làm sở cho đánh giá khả tiếp nhận nước thải lưu vực cần thiết Luận văn xác định thông số mơ hình thực đo (với hệ số phân hủy chất hữu ứng với loại mẫu nước khác kd = 0,117÷0,131 ngày-1; hệ số phân tán dọc Ex = 167.9 m2/s ứng với đoạn sông nghiên cứu) phục vụ cho q trình mơ chất lượng nước lưu vực tiếp nhận nước thải Trạm XLNT Hòa Cường Các kết chạy mô kịch giả định cho thấy độ nhạy mơ hình ảnh hưởng yếu tố hiệu suất xử lý trạm xử lý, yếu tố phát triển kinh tế - xã hội tương lai sử dụng mơ hình tốn chiều để đánh giá khả tiếp nhận nguồn nước lưu vực nghiên cứu Từ khóa - đánh giá khả tiếp nhận; Sơng Hàn; mơ hình chất lượng nước; hệ số phân hủy chất hữu cơ; hệ số phân tán dọc RESEARCH ON ASSESSMENT TO THE CAPABILITY OF HAN RIVERS BASIN WATER RECEIPT OF HOA CUONG WASTEWATER TREATMENT STATION Abstract: The licensing of discharge of waste water into water resources is of interest to all levels and sectors, but very few studies in this area have been conducted and there has not been a study to assess the potential for receiving wastewater in the next basin Receiving wastewater from Hoa Cuong Wastewater Treatment Station, the study on the application of water quality simulation model as a basis for assessment of wastewater receiving capacity in this basin is very necessary The dissertation has defined the set of parameters of the actual model (with the coefficient of decomposition of organic material for different types of water samples kd = 0.117 ÷ 0.131 day-1, the vertical dispersion coefficient Ex = 167.9 m2/ s corresponding to the river section research) for water quality simulation in the catchment area of wastewater treatment plant Hoa Cuong Wastewater Treatment Station The simulation run results assume that the sensitivity of the model to the influence of factors such as the processing power of the treatment stations, the elements of socio-economic development in the future when Use this one-dimensional mathematical model to assess the acceptability of water resources in the study basin Keywords: evaluate capacity of receiving wastewater; Han river; water quality model; coefficient of decomposed organic matter; vertical dispersion coefficient iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG .viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu a) Mục tiêu tổng quát b) Mục tiêu cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu b) Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học b) Ý nghĩa thực tiễn .3 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .5 1.1 Nguồn nước 1.1.1 Nguồn nước phân loại nguồn nước .5 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành nguồn nước 1.1.3 Sự xáo trộn biến đổi nước thải sông 1.1.4 Sự chuyển hóa chất dòng chảy 1.1.5 Chất lượng nguồn nước đánh giá chất lượng nguồn nước 13 1.2 Mơ hình chất lượng nước 15 1.2.1 Khái niệm .15 1.2.2 Phân loại phạm vi ứng dụng MHCLN 16 1.2.3 Các phương pháp đánh giá, dự báo chất lượng nước khả tiếp nhận 16 1.2.4 Ứng dụng MHCLN đánh giá, dự báo chất lượng nước khả tiếp nhận 17 1.2.5 Phương pháp đánh giá theo bảo tồn khối lượng theo chất nhiễm 21 1.2.6 Mơ hình tốn chiều 24 1.2.7 Mơ hình MIKE 28 1.3 Tổng quan lưu vực sông Vu Gia - Hàn 33 1.3.1 Giới thiệu lưu vực sông Vu Gia - Hàn 33 1.3.2 Các nguồn gây ô nhiễm lưu vực sông Vu Gia - Hàn 35 1.3.3 Nguồn thải lưu vực nghiên cứu 37 1.3.4 Diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Vu Gia - Hàn 39 iv 1.3.5 Đánh giá chung 41 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 43 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 43 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 44 2.2 Nội dung nghiên cứu 45 2.2.1 Thu thập tài liệu, số liệu liên quan 45 2.2.2 Đánh giá Trạm XLNT Hòa Cường 48 2.2.3 Đánh giá chất lượng nước sông xác định thông số cho lưu vực nghiên cứu 49 2.2.4 Thiết lập mơ hình chất lượng nước nghiên cứu 54 2.2.5 Đề xuất dự báo chất lượng nước theo kịch 56 2.3 Phương pháp nghiên cứu 57 2.3.1 Phương pháp thống kê 57 2.3.2 Phương pháp quan trắc phân tích chất lượng nước 57 2.3.3 Phương pháp mơ hình tốn học .58 2.3.4 Phương pháp đánh giá 59 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 60 3.1 Đánh giá Trạm XLNT Hòa Cường 60 3.1.1 Hiện trạng Trạm XLNT Hòa Cường 60 3.1.2 Chất lượng nước thải trước sau xử lý Trạm XLNT Hòa Cường 62 3.1.3 Đánh giá Trạm XLNT Hòa Cường 64 3.2 Đánh giá chất lượng nước sông kết xác định thông số mơ hình cho lưu vực nghiên cứu 65 3.2.1 Đánh giá chất lượng nước sông lưu vực nghiên cứu 65 3.2.3 Kết xác định thơng số mơ hình chất lượng nước 70 3.4 Kết mơ từ mơ hình .72 3.4.1 Kết mô đánh giá khả tiếp nhận theo mơ hình Thơng tư 02:2009/TT-BTNMT .72 3.4.2 Kết mô phỏng, đánh giá khả tiếp nhận theo mơ hình tốn chiều 76 3.4.3 So sánh kết mô từ mơ hình 77 3.5 Đề xuất mô chất lượng nước theo kịch .78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 KẾT LUẬN 80 KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao) v BOD BTNMT COD CP CSDL DHI DO HD KB KCN KDC KNTN KNTNNT KT-XH MHCLN NĐ QCVN QCCP QĐ TCVN TNXLNT TT XLNT WQI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Nhu cầu oxi sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) Bộ Tài ngun Mơi trường Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand) Chính phủ Cơ sở liệu Viện Thuỷ lực Đan Mạch Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) Thủy động lực (Hydro Dynamic) Kịch Khu công nghiệp Khu dân cư Khả tiếp nhận Khả tiếp nhận nước thải Kinh tế - xã hội Mơ hình chất lượng nước Nghị định Quy chuẩn Việt Nam Quy chuẩn cho phép Quyết định Tiêu chuẩn Việt Nam Thoát nước xử lý nước thải Thông tư Xử lý nước thải Chỉ số chất lượng nước vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 Tên hình Trang Sự xáo trộn nước thải theo chiều rộng sông Sự xáo trộn nước thải theo chiều sâu chiều rộng sông Nồng độ chất ô nhiễm thay đổi theo chiều ngang sông Nồng độ chất ô nhiễm suy giảm theo chiều dọc sơng Sơ đồ q trình chuyển hố chất hữu dòng chảy Chu trình Nito nguồn nước Sơ đồ cấu trúc thay đổi BOD dòng chảy Sơ đồ cân oxy nguồn nước Sơ đồ mơ tả phương trình liên tục Sơ đồ dòng chảy hai mặt cắt tính tốn Bản đồ địa hình mạng lưới sơng TP Đà Nẵng Hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn Thủy điện sông Bung Vị trí đường ống xả thải sơng Hàn trạm XLNT Hòa Cường Sự cố năm 2010 chân cầu Hòa Xuân Bọt xuất thời điểm khảo sát Vùng nước tù khu vực tiếp nhận Hàm lượng TSS nước sông Vu Gia – Hàn Kết quan trắc độ mặn vị trí Bản đồ lưu vực nghiên cứu đề tài Đoạn sơng nghiên cứu Vị trí mặt cắt hệ thống sông Hàn Mặt cắt khu vực nghiên cứu sơng Cẩm Lệ (tại cầu Hòa Xn) Bản đồ lưu vực sông Vu Gia - Hàn Mẫu nước thải đầu vào đầu Trạm XLNT Hòa Cường Vị trí điểm lấy mẫu sơng có dòng chảy lưu vực tiếp nhận Vị trí điểm lấy mẫu theo khoảng cách biên sông có dòng chảy Mẫu nước sơng vị trí theo chiều dọc sơng có dòng chảy Khảo sát lấy mẫu thực địa Vị trí điểm lấy mẫu triều đứng lưu vực tiếp nhận Vị trí điểm lấy mẫu biên triều đứng Mẫu nước sơng vị trí theo chiều ngang sơng triều đứng Mặt cắt vị trí lấy mẫu sơng có dòng chảy 7 8 10 11 12 28 29 33 35 36 38 38 38 39 39 41 43 44 46 46 47 48 49 50 50 50 51 51 51 52 vii Số hiệu Tên hình hình 2.15 Mặt cắt vị trí lấy mẫu triều đứng Sơ đồ thiết lập mô chất lượng nước theo Thông tư 2.16 02:2009/TT-BTNMT 2.17 Sơ đồ q trình mơ chất lượng nước Sơ đồ thiết lập mô chất lượng nước theo mô hình tốn 2.18 chiều 3.1 Kết quan trắc pH độ kiềm nước thải 3.2 Kết quan trắc TSS nước thải 3.3 Kết quan trắc BOD5 COD nước thải 3.4 Kết quan trắc Tổng N NH4+ nước thải 3.5 Kết quan trắc Tổng P Coliform nước thải 3.6 Hiệu suất xử lý Trạm XLNT Hòa Cường 3.7 Giá trị pH nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.8 Hàm lượng TSS nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.9 Hàm lượng BOD5 nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.10 Hàm lượng coliform nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.11 Hàm lượng NO3- nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.12 Hàm lượng NH4+ nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận 3.13 Hàm lượng PO43- nước sông Hàn lưu vực tiếp nhận Kết quan trắc chất lượng nước sông vị trí có dòng 3.14 chảy 3.15 Kết quan trắc chất lượng nước sông vị trí triều đứng Đồ thị thể tốc độ phân hủy chất hữu theo loại mẫu 3.16 nước 3.17 Sơ đồ đơn giản đánh giá khả tiếp nhận Đồ thị thể kết tính toán khả tiếp nhận lưu vực 3.18 nghiên cứu 3.19 Sơ đồ đánh giá khả tiếp nhận chi tiết Nồng độ BOD5 theo khoảng cách x từ nguồn thải phía hạ lưu 3.20 1000m Nồng độ BOD5 theo khoảng cách x từ nguồn thải phía hạ lưu 3.21 150m 3.22 Kết so sánh nồng độ BOD5 thực đo mơ mơ hình Nồng độ BOD5 theo khoảng cách x từ nguồn thải phía hạ lưu 3.23 1000m ứng với kịch Nồng độ BOD5 theo khoảng cách x từ nguồn thải phía hạ lưu 3.24 150m ứng với kịch Trang 52 54 55 56 62 62 63 63 63 64 65 66 66 66 67 67 67 68 69 71 72 74 75 76 76 77 78 79 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Tên bảng Các mức độ xáo trộn chất ô nhiễm sông Ô nhiễm coliform số vị trí hạ lưu sông Vu Gia - Hàn Một số phương pháp sử dụng trình nghiên cứu Một số thiết bị sử dụng q trình nghiên cứu Kích thước thơng số hồ kỵ khí Các thơng số đánh giá hiệu xử lý nước thải theo công nghệ kỵ khí Bảng giá Ex số dòng chảy Kết tính tốn hệ số tốc độ phân hủy chất hữu Các số liệu đầu vào để tính tốn theo mơ hình Kết tính tốn tải lượng ô nhiễm Trang 40 56 57 60 6465 70 70 73 73 70 3.2.3 Kết xác định thơng số mơ hình chất lượng nước 3.2.3.1 Hệ số phân tán dọc Ex Áp dụng công thức thực nghiệm Fisher (1.25) kết truy xuất ta tính hệ số phân tán dọc khu vực nghiên cứu sau: Ex = 167,9 m2/s Ngoài ra, để tăng độ tin cậy, so sánh với giá trị Ex số kết nghiên cứu khác bảng 3.3 Bảng 3.3 Bảng giá Ex số dòng chảy Sabine Sơng Hương- Sơng Hàn (tại cầu Missouri Yadkin Giá trị (Texas) Huế Hòa Xuân) 837 254 140 171 35 Q (m /s) 1500 493 185 123 167,9 Ex (m /s) Kết tính tốn cho thấy giá trị Ex lưu vực nghiên cứu có khác biệt lưu vực nêu, nhiên điều phù hợp với đặc điểm dòng chảy có độ dốc lớn, hẹp gần vùng cửa sông hạ lưu Vu Gia - Hàn 3.2.3.2 Hệ số tốc độ phân hủy kd Từ kết phân tích BOD theo ngày cơng thức (1.26), ta xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu kd với loại mẫu nước khác sau: Bảng 3.4 Kết tính tốn hệ số tốc độ phân hủy chất hữu Mẫu nước Ký hiệu Mẫu nước sơng (khi có dòng chảy) H1 Mẫu nước sông (khi triều đứng) H2 Nước thải + nước sông (tỉ lệ 1/10) H3 Ngày Kết đo đạc BODt theo ngày (mg/l) 5 4,1 7,8 11,0 13,9 16,5 5,0 9,3 13,2 16,6 19,6 3,8 7,2 10,3 13,1 15,6 kd (ngày-1) Lo (mg/l) 0,117 37,20 0,124 42,50 0,104 38,50 71 Mẫu nước Mẫu nước sông (khi bị xâm nhập mặn, độ mặn 14‰) Ký hiệu Ngày Kết đo đạc BODt theo ngày (mg/l) kd (ngày-1) Lo (mg/l) H4 4,9 9,2 12,9 16,2 19,1 0,131 39,70 Đồ thị thể tốc độ phân hủy chất hữu 70 -0,104t 60 y = 38,5.e -0,124t 50 mg/l y = 42,5.e 40 30 -0,117t y = 37,2.e 20 -0,131t 10 y = 39,7.e 0 10 15 20 H3 H4 Ngày H1 H2 Hình 3.16 Đồ thị thể tốc độ phân hủy chất hữu theo loại mẫu nước 25 72 3.4 Kết mô từ mơ hình 3.4.1 Kết mơ đánh giá khả tiếp nhận theo mơ hình Thơng tư 02:2009/TT-BTNMT 3.4.1.1 Đánh giá theo sơ đồ đơn giản Kết đánh giá theo sơ đồ đơn giản thể hình 3.17 Vị trí xả thải đề xuất có nằm gần thượng lưu khu vực bảo hộ vệ sinh khơng? Khơng Vị trí xả thải đề xuất có nằm khu bảo tồn Quốc gia khơng? Khơng Sơng Hàn có xảy tượng nước đen bốc mùi thối khơng? Khơng Sơng Hàn có xảy tượng sinh vật thủy sinh bị đe dọa sống xảy tượng cá, thủy sinh vật chết hàng loạt hay không? Không Trên sông có xảy tượng tảo nở hoa khơng? Khơng Trong khu vực có báo cáo, số liệu liên quan đến vấn đề bệnh tật cộng đồng tiếp xúc với nguồn nước sông gây khơng? Khơng Nguồn nước Sơng Hàn khả tiếp nhận nước thải (Tiếp tục đánh giá chi tiết) Hình 3.17 Sơ đồ đơn giản đánh giá khả tiếp nhận 73 Nhận xét: Qua trình khảo sát thực địa dựa vào Sơ đồ đơn giản theo Thơng tư 02:2009/TT-BTNMT (hình 3.12) để đánh gía khả tiếp nhận, ta nhận thấy lưu vực tiếp nhận Trạm XLNT Hòa Cường khơng nằm gần khu vực bảo hộ vệ sinh nằm khu bảo tổn quốc gia, khơng có tượng cá, thủy sinh chết hàng loạt, nơi chưa xảy tượng tảo nở hoa chưa có số liệu hay thơng tin liên quan đến bệnh tật cộng đồng tiếp xúc với nguồn nước sơng Chính vậy, nguồn nước lưu vực tiếp nhận khả tiếp nhận nước thải Để làm rõ khả tiếp nhận lưu vực nghiên cứu, tiến hành tính tốn mơ hình đánh giá chi tiết chất lượng nước sông khu vực 3.4.1.2 Kết tính tốn Bảng 3.5 Các số liệu đầu vào để tính tốn theo mơ hình Nguồn tiếp nhận Cửa xả TXL Hòa Cường QCVN 08MT:2015/BTNMT Q (m3/s) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) Q (m3/s) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) 35 2,86 4,4 0,41 82,6 117 25 50 Từ số liệu thu thập quan trắc được, áp dụng cơng thức từ (1.8) đến (1.11) để tính tốn khả tiếp nhận theo Thơng tư 02:2009/TT-BTNMT Ta kết sau: Bảng 3.6 Kết tính tốn tải lượng nhiễm Kết STT Thơng số Ký hiệu Đơn vị Theo BOD5 Theo COD Tải lượng ô nhiễm tối đa Kg/ngày 76.492 152.983 Ltđ chất nhiễm Tải lượng nhiễm có sẵn Kg/ngày 8.649 13.200 Ln nguồn nước tiếp nhận Tải lượng ô nhiễm chất ô nhiễm đưa vào nguồn Kg/ngày 2.946 4.172 Lt nước tiếp nhận Để thấy khác biệt việc chọn hệ số an toàn cho nguồn nước, ta tiến hành tính tốn khả tiếp nhận theo giá trị hệ số an toàn (0,3