Nghiên cứu các biện pháp quản lý các nguồn thải nhằm cải thiện chất lượng nước sông nhuệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu các biện pháp quản lý các nguồn thải nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ NGUYỄN DUY LONG duylongttrtnmt@gmail.com Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Thành Bộ môn: Quản lý môi trường Viện: Khoa học và Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 11/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu các biện pháp quản lý các nguồn thải nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ NGUYỄN DUY LONG duylongttrtnmt@gmail.com Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Thành Bộ môn: Quản lý môi trường Viện: Khoa học và Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 11/2019 LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực Ḷn văn, tơi nhận giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Để đạt kết hôm nay, xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành Trước tiên tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Trịnh Thành trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt kiến thức thực tế, đơn đốc, kiểm tra giúp tơi có tảng kiến thức phương pháp nghiên cứu để hoàn thành tốt báo cáo Luận văn Tôi xin cảm ơn giúp đỡ cán Sở Tài nguyên Mơi trường Hà Nội, nhóm ThS Chu Duy Bắc, KS Lưu Ngọc Anh - Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội hỗ trợ việc cung cấp số liệu, tạo điều kiện để thực Luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất giúp đỡ quý báu Trân trọng ! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Người thực Nguyễn Duy Long LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Ḷn văn cơng trình nghiên cứu thực tôi, thực sở nghiên cứu số liệu thành phố Hà Nội Các số liệu kết Luận văn trung thực, khách quan, trích dẫn đầy đủ q trình thực Luận văn Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Tác giả Nguyễn Duy Long MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội 1.1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 1.2 Chất lượng nước sông Nhuệ 10 1.3 Tổng quan mơ hình tính tốn chất lượng nước 11 1.3.1 Vai trị mơ hình quản lý tài nguyên nước 11 1.3.2 Một số nghiên cứu mơ hình mơ tính tốn chất lượng nước 11 1.4 Giới thiệu mơ hình MIKE 11 [30] 13 1.4.1 Các phương trình 13 1.4.2 Phương pháp giải số 15 1.4.3 Điều kiện ổn định mơ hình 16 CHƯƠNG II 18 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu 18 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu 18 2.2.2 Phương pháp mơ hình tốn 18 2.2.3.Phương pháp phân tích, xử lý số liệu 18 2.3 Thiết lập mơ hình 18 2.3.1 Sơ đồ mạng lưới sông (River Network) 19 2.3.3 Điều kiện biên (Boundary) 21 2.3.4 Module thủy động lực (HD Parameter) 21 2.3.5 Module tải phân tán (AD Parameter) 22 2.3.6 Module sinh thái (ECO LAB) 23 i 2.4 Tính tốn liệu nguồn thải 23 2.4.1 Nguồn thải sinh hoạt 23 2.4.2 Nguồn thải công nghiệp 25 2.4.3 Nguồn thải thải y tế 25 2.4.4 Nước thải làng nghề 26 2.4.5 Nước thải chăn nuôi 26 2.4.6 Tổng hợp tải lượng nguồn thải 27 2.5 Số liệu quan trắc nước mặt 27 CHƯƠNG III 29 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy động lực 29 3.1.1 Hiệu chỉnh mơ hình thủy động lực 29 3.1.2 Kiểm định mô hình thủy động lực 31 3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình chất lượng nước 33 3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước 33 3.2.2 Kiểm định mô hình chất lượng nước 37 3.3 Các biện pháp quản lý nguồn nước thải kịch phát thải 40 3.3.1 Kịch phát thải thành phố Hà Nội đến năm 2030 43 3.3.2 Hai kịch thu gom xử lý nước thải tập trung 48 3.3.3 Kịch bổ cập nước từ sông Hồng vào sông Nhuệ qua cống Liên Mạc 51 3.4 Cơ sở đề xuất giải pháp 55 3.4.1.Cơ sở lý luận 55 3.4.2 Giải pháp đề xuất 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân bố diện tích lưu vực sông Nhuệ Bảng 2.1: Thông tin số mặt cắt sử dụng mô hình 20 Bảng 2.2: Khai báo điều kiện biên mơ hình 21 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt theo TCXDVN 33:2006/BXD 24 Bảng 2.4: Dân số lưu lượng nước thải sinh hoạt lưu vực 24 Bảng 2.5: Tải lượng BOD nước thải sinh hoạt phân vùng tiểu lưu vực 25 Bảng 2.6: Tổng hợp lượng nước thải bệnh viện khu vực phía Bắc 26 Bảng 2.7: Tổng tải lượng ô nhiễm nước thải 27 Bảng 3.1: Kết hiệu chỉnh hệ số nhám Manning(n) 29 Bảng 3.2: Giá trị Nash trình hiệu chỉnh thuỷ lực năm 2016 30 Bảng 3.3: Chuẩn số Nash thủy lực trình kiểm định năm 2017 32 Bảng 3.4: Kết hiệu chỉnh nhân tố phân tán thời đoạn 2016 - 2017 34 Bảng 3.5: Thống kê sai số trình hiệu chỉnh chất lượng nước Phúc La năm 2016 34 Bảng 3.6: Thống kê sai số trình hiệu chỉnh chất lượng nước Cầu Mới năm 2016 36 Bảng 3.7: Sai số kiểm định hàm lượng DO Cầu Mới Phúc La 38 Bảng 3.8: Sai số kiểm định nhiệt độ Hà Đông Hiền Giang 38 Bảng 3.9: Sai số kiểm định hàm lượng BOD5 Hà Đông Hiền Giang 39 Bảng 3.10: Ước tính dân số lưu lượng nước thải sinh hoạt tiểu lưu vực đến năm 2030 43 Bảng 3.11: Ước tính tổng lưu lượng nước thải tổng thải lượng BOD tiểu lưu vực năm 2030 44 Bảng 3.12: Ước tính thải lượng BOD hai kịch thu gom xử lý nước thải 49 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Nhuệ Hình 1.1 : Sơ đồ mạng lưới trạm thủy văn lưu vực sông Nhuệ - Đáy Hình 1.3: Diễn biến giá trị WQI sông chảy qua khu vực nội thành Hà Nội giai đoạn 2014 - 2018 10 Hình 1.4: Quá trình biến đổi Oxy 15 Hình 1.5: Sơ đồ điểm Abbott - Ionescu 16 Hình 2-1: Sơ đồ vận hành mơ hình MIKE 11 ECO LAB 19 Hình 2.2: Sơ đồ mạng lưới sơng Nhuệ - Tô Lịch 20 Hình 2.3: Khai báo liệu mặt cắt hạ lưu đập Liên Mạc 21 Hình 2.4: Khai báo điều kiện ban đầu Module thuỷ lực 22 Hình 2.5: Giá trị tải phân tán AD Parameter chưa kiểm định 22 Hình 3.1: Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Hà Đôngnăm 2016 30 Hình 3.2: Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Đồng Quan năm 2016 31 Hình 3.3: Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Nhật Tựunăm 2016 31 Hình 3.4: Kết kiểm định mực nước trạm Hà Đông năm 2017 32 Hình 3.5: Kết kiểm định mực nước trạm Đồng Quan năm 2017 32 Hình 3.6: Kết kiểm định mực nước trạm Nhật Tựu năm 2017 33 Hình 3.7: Kết hiệu chỉnh hàm lượng DO Phúc La năm 2016 35 Hình 3.8: Kết hiệu chỉnh nhiệt độ Phúc La năm 2016 35 Hình 3.9: Kết hiệu chỉnh hàm lượng BOD5 Phúc La năm 2016 35 Hình 3.10: Kết hiệu chỉnh hàm lượngDO Cầu Mới năm 2016 36 Hình 3.11: Kết hiệu chỉnh nhiệt độ Cầu Mới năm 2016 37 Hình 3.12: Kết hiệu chỉnh hàm lượng BOD5 Cầu Mới năm 2016 37 Hình 3.13: Kết kiểm định hàm lượng DO Hà Đơng 38 Hình 3.14: Kết kiểm định hàm lượng DO Hiền Giang 38 Hình 3.15: Kết kiểm định nhiệt độ Hà Đông 39 Hình 3.16: Kết kiểm định nhiệt độ Hiền Giang 39 Hình 3.17: Kết kiểm định hàm lượng BOD5 Hà Đơng 40 Hình 3.18: Kết kiểm định hàm lượng BOD5 Hiền Giang 40 Hình 3.19: Kết mơ phỏnghàm lượng DO Hà Đông năm 2030 45 Hình 3.20: Mơ hàm lượng DO nhỏ dọc sơng năm 2030 46 Hình 3.21: Kết hiệu mô phỏnghàm lượng BOD Hà Đông năm 2030 47 Hình 3.22: Mơ hàm lượng BOD lớn dọc sông 48 iv Hình 3.23: So sánhhàm lượng BOD Hà Đơng năm 2030 KB1 KB2 49 Hình 3.24: So sánhhàm lượng BOD Hà Đông năm 2030 KB1 KB3 50 Hình 3.25: Mơ phỏnghàm lượng DO Hà Đông năm 2030 KB2 50 Hình 3.26: Mơ phỏnghàm lượng DO Hà Đơng năm 2030 KB3 51 Hình 3.27: Mô lưu lượng nước cống Liên Mạc mùa khô 51 Hình 3.28: Mơ lưu lượng nước cống Liên Mạc mùa mưa 52 Hình 3.29: So sánh hàm lượng DO Hà Đơng năm 2030 KB1 KB4 52 Hình 3.30: Mô hàm lượng DO lớn dọc sông KB1 KB4 53 Hình 3.31: So sánhhàm lượng BOD Hà Đông năm 2030 KB1 KB4 54 Hình 3.32: Hàm lượng BOD lớn dọc sông KB1 KB4 55 v DANH MỤC VIẾT TẮT QCCP: Quy chuẩn cho phép WQI: Chỉ số chất lượng nước WHO: Tổ chức Y tế Thế giới KB: Kịch GIS: Hệ thống thông tin địa lý VEA: Tổng cục Môi trường UBND: Ủy ban nhân dân vi trường lưu vực sông Nhuệ nảy sinh hàng loạt vấn đề ô nhiễm đặc biệt ô nhiễm nguồn nước Nhiều vấn đề môi trường cấp bách diễn phức tạp toàn lưu vực cần xem xét xử lý, khắc phục phòng ngừa Trước yêu cầu phát triển bền vững kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường lưu vực sông áp lực tăng dân số, việc đảm bảo chất lượng nước cung cấp cho sinh hoạt ngành nghề khác nhiệm vụ cần thiết mang tính cấp bách [25] Dựa kết tính tốn mơ kết mơ thực Chương Luận văn, ta thấy kịch mô 2030 hàm lượng DO, BOD5 khơng đảm bảo mức B1 theo QCVN 08MT:2015/BTNMT, có nguy gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng môi trường nước Trong điều kiện thực đảm bảo theo Quyết định số 1259/QĐTTg ngày 26/7/2011 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050, chất lượng nước cải thiện đáng kể kịch 3, chất lượng nước xử lý cột B.Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt QCVN14:2008/BTNMT.có hiệu rõ rệt kịch chất lượng nước xử lý cột A - QCVN14:2008/BTNMT Đối với phương án đưa nước sông Hồng vào làm nước sông Nhuệ (KB4) kết cho thấy chất lượng nước cải thiện đáng kể hệ thống sông nói chung tăng khả tự làm sông 3.4.2 Giải pháp đề xuất a Giải pháp kỹ thuật Từ kết tính tốn mơ hình báo cáo có đề xuất số giải pháp quản lý nhằm cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ sau: - Thực giải pháp thu gom xử lý nước thải, đặc biệt nước thải sinh hoạt đô thị thành phố chất lượng nước xử lý đầu phải đạt cột A QCVN14:2008/BTNMT làm giảm tải lượng chất hữu cho hệ thống sông - Triển khai phương án đưa nước từ sông Hồng vào sông Nhuệ với lưu lượng Q = 20m3/s vào thời điểm mùa khô để cải thiện khả tự làm hệ thống sơng nói chung b Giải pháp quản lý - Tăng cường kiểm kê lượng nước thải thường xuyên hướng đến việc thống kê tự động số liệu cập nhật theo thời gian hệ thống thông tin liệu tập trung Bên cạnh đó, có biện pháp hành buộc doanh nghiệp thực đầy đủ cơng tác thu phí bảo vệ môi trường nước thải đăng ký xả thải đảm bảo nước thải đầu đạt chất lượng cao với quy chuẩn hành - Đẩy mạnh xây dựng nhà máy xử lý nước thải khu vực nội thành để làm giảm tải lượng chất ô nhiễm hữu tăng cường khả tự làm tự nhiên 56 - Thực cơng cụ kinh tế áp dụng quản lý chất lượng nước ở lưu vực sông Nhuệ như: phí bảo vệ mơi trường, trợ cấp mơi trường, quỹ mơi trường, để trì kinh phục vụ việc giám sát chất lượng môi trường nước bằng công cụ đại tiên tiến - Tiếp tục nghiên cứu, cải thiện hệ thơng thủy lợi tồn hệ thống sơng Nhuệ để tăng cường khả đánh giá chất lượng môi trường nước 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Để có sở đề xuất biện pháp quản lý nguồn thải lưu vực sông Nhuệ thời gian tới, tác giả xây dựng kịch mô tính tốn chất lượng nước chiều sông tự nhiên, với việc sử dụng công cụ mô hình chất lượng nước MIKE 11 cơng cụ hữu ích với độ xác tương đối cao để thực Bộ phần mềm yêu cầu số lượng lớn liệu đầu vào phục vụ cho nhu cầu tính tốn, sở liệu nước ta đáp ứng được, ngồi với khả xử lý linh hoạt xác, độ ổn định mơ hình chất lượng nước MIKE 11 cho kết phân bố nồng độ chất hệ thống sông Nhuệ sở để đánh giá khả tiếp nhận cửa nguồn nước Do MIKE 11 có khả ứng dụng tốt điều kiện nước ta kết tính tốn mơ hình đủ tin cậy cho công tác quản lý chất lượng nguồn nước Sau thời gian thực hiện.Luận văn đạt số kết quả: - Đã nghiên cứu tổng quan đặc điểm địa lý tự nhiên, tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ Đồng thời đánh giá trạng chất lượng nước cụ thể: lưu vực ngày ô nhiễm nặng nề chưa có dấu hiệu ngừng lại hoạt động sinh hoạt diễn hàng ngày sông, nồng độ oxy hịa tan thấp khơng đạt tiêu chuẩn nồng độ BOD5, DO vượt cao so với quy chuẩn cho phép hành - Nghiên cứu lựa chọn mơ hình đánh giá diễn biến chất lượng nước bằng mơ hình MIKE 11 ECO Lab thơng qua việc hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cho thời đoạn năm 2017 - Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cho thấy tiêu đánh giá thơng số mơ hình phù hợp thơng qua số Nash 80% mơ hình thủy lực, sai số hầu hết