X XI XII I II III IV V
12,9 10,0 6,15 6,10 5,65 4,30 4,80 4,66
Như vậy mực nước sông Cầu tại khu vực trung tâm thành phố Thái Nguyên đạt min xẩy ra vào tháng 3. Mợt đặc điểm của các bài tốn lan truyền chất là đòi hỏi mợt thời gian dài nước thải mới pha lỗng và tự làm sạch được để đạt trạng thái ổn định. Kết hợp các yếu tố: lưu lượng kiệt nhất, thời gian ổn định và tốc đợ dịng chảy, trong tính tốn ơ nhiễm ta có thể chọn tháng 2 và tháng 3 cho các trạng thái bất lợi. Nguồn nước bổ sung cho hệ thống trong mùa cạn chủ yếu là các sông từ thượng nguồn như sông Đu, sông Nghinh Tường, sông Chợ Chu và nguồn từ Bắc Cạn đổ về.
3.3.2. Các nguồn và phân bố các nguồn dọc sông Cầu đoạn qua trung tâm thành phố Thái Nguyên
Theo nguồn, Niên gián thống kên tỉnh Thái Nguyên năm 2010 dân số nội thành đô thị Thái Ngun (9 phường trung tâm) có 97.300 người. Vì vậy sức ép về cơ sở hạ tầng, dịch vụ... cho thành phố là rất lớn, đồng nghĩa với việc gia tăng lưu lượng các chất thải. Từ thực tế, hiện nay hầu như toàn bộ các nguồn nước thải khu vực trung tâm thành phố đều đổ ra sông Cầu thơng qua 3 suối chính: suối Mỏ Bạch, suối Cống Ngựa và suối Xương Rồng.
3.3.2.1. Suối Mỏ Bạch
Tiếp nhận nước thải của hai lưu vực. Trong đó lưu vực 1 gồm các phường Quang Vinh, Quán Triều và phía Bắc đường Dương Tự Minh và lưu vực 2 gồm các phường Hoàng Văn Thụ, Quán Triều phía Tây Nam đường Dương Tự Minh, Lương Ngọc Quyến.
Theo công bố của Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Nguyên (2008), Suối Mỏ Bạch có chiều rợng trung bình 3 - 4 m, lịng suối có đợ dốc vừa phải, mực nước vào mùa khô từ 15 - 30cm, về mùa lũ đạt tới 1,2 - 1,6m. Tốc đợ dịng chảy trung bình 5,2 m/phút. Tại thời điểm nghiên cứu nước thải khoảng 3.274m3/ngày đêm với nồng độ DO dao động trong từ 2,4 - 6 mg/L; BOD dao động từ 7,7-11,9 mg/L; Amoni dao động từ 2,31-4,75 mg/L; Phốt pho dao động từ 0,04-0,3 mg/L [15].
[Nguồn: Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Thái Nguyên]
3.3.2.2. Suối Cống Ngựa
Tiếp nhận nước thải của phường Hoàng Văn Thụ, giới hạn bởi đường Lương Ngọc Quyến, Dương Tự Minh, Hoàng Văn Thụ. Suối có chiều rợng trung bình 0,5 - 0,8 m, lịng suối có đợ dốc vừa phải, mực nước vào mùa khô từ 10 - 15cm, về mùa mưa lũ đạt tời 0,6 - 1m. Tốc đợ dịng chảy trung bình 4,5 m/phút. Tại thời điểm nghiên cứu nước thải khoảng 1.000 m3/ngày đêm, với nồng độ BOD dao động từ 6,8 - 31,8 mg/L; Amoni dao động từ 13,02 - 33,06 mg/L, phốt pho dao động từ 0,04 - 1,03 mg/L [15].
Formatted: Vietnamese (Vietnam) Formatted: Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Vietnamese (Vietnam) Formatted: Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Vietnamese (Vietnam) Formatted: Vietnamese (Vietnam)
[Nguồn: Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Thái Nguyên]
3.3.2.3. Suối Xương Rồng
Tiếp nhận nước thải của hai lưu vực. Trong đó lưu vực 1 gồm các phường Đồng Quang, Phan Đình Phùng, Gia Sàng (phía Tây đường Cách Mạng Tháng 8), Trưng Vương và lưu vực 2 bao gồm phường Túc Duyên và Gia Sàng phía Đơng đường Cách Mạng Tháng 8. Suối có chiều rợng trung bình 2 - 3 m, lịng suối có đợ dốc vừa phải, mực nước vào mùa khô từ 15 - 30cm, về mùa lũ đạt tới 1,2 - 1,6m. Tốc đợ dịng chảy trung bình 5,2 m/phút. Tại thời điểm nghiên cứu nước thải ckhoảng 3.500 m3/ngày đêm, với nồng độ DO dao động khoảng 3,5 mg/L BOD dao động từ 7,7 - 15,8 mg/L; Amoni dao động từ 7,1 - 13,02 mg/L, phốt pho dao động từ 0,69 - 2,51 mg/L [15].
[Nguồn: Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Thái Nguyên]
Như vậy nhìn chung toàn bợ lưu lượng nước thải khu vực trung tâm thành phố Thái Nguyên được dẫn ra sông Cầu thông qua 3 suối: suổi Mỏ Bạch, suối Cống Ngựa, suối Xương Rồng. Khi tính tốn ta coi toàn bợ lượng nước thải khu vực trung tâm thành phố đều đổ ra 3 con suối này và khơng tính đến lượng ơ nhiễm thải trực tiếp dọc sông Cầu. Sơ đồ thể hiện vị trí điểm xả của các suối ra sơng Cầu (Hình 3.4).
Suối Mỏ Bạch
Suối Cống Ngựa
Suối Xương Rồng
Formatted: Vietnamese (Vietnam) Formatted: Vietnamese (Vietnam)
Hình 3.4. Vị trí các điểm xả dọc sơng Cầu khu vực trung tâm Thành phố
Hình 3.5. Khoảng cách các điểm xả dọc sơng Cầu khu vực trung tâm thành phố
Bảng 3.13. Kết quả quan trắc nồng độ các chất ô nhiễm trên các suối và điểm nghiên cứu trên sông Cầu đoạn qua trung tâm thành phố
STT CTên chỉ tiêu Đơn vị SC-1 SMB SCN SXR SC-5 1 DO mg/L 6,1 6 4,3 3,5 8,3 2 BOD mg/L 6,4 11,9 31,8 15,8 6,25 3 Amoni mg/L <0,006 2,31 13,02 7,1 0,37 4 Tổng P mg/L <0,01 0,3 1,03 0,69 <0,01
[Nguồn: Trung tâm quan trắc và CN mơi trường tỉnh Thái Ngun, 2/2011]
3.3.3. Tính tốn, đánh giá khả năng tự làm sạch của sông Cầu
3.3.3.1. Các chỉ tiêu tính tốn
Dựa trên đặc điểm ô nhiễm nguồn nước sông Cầu đoạn khu vực trung tâm thành phố chủ yếu là dinh dưỡng và hữu cơ, dựa trên tính chất các nguồn thải, các chỉ tiêu DO, BOD, amoni, tổng phốt pho sẽ được kiểm tra trong tính tốn cho các
0 km 3 km 3,8 km 6,3 km 6,5 km
SC-1
Trên sông Cầu Sau điểm xả suối Ph-ợng Hồng 300m SMB Si Má B¹ch SCN Si Cèng Ngùa SXR Si X-¬ng Rång SC-5
Trên sơng Cầu Sau điểm xả suối X-¬ng Rång 200m
phương án. Các số liệu đầu vào tính tốn được lấy dựa trên kết quả quan trắc hiện trạng môi trường tỉnh Thái Nguyên đợt 1 năm 2011.
1. Xác định điều kiện biên và hệ số làm sạch: Các điều kiện biên về tải lượng ô nhiễm, lưu lượng nước sơng, vận tốc dịng chảy, chiều dài sơng và hệ số tự làm sạch của dịng sơng phải được xác định để có thể mô phỏng chất lượng nước sông hiện tại. Hệ số tự làm sạch (hệ số khử ơ xy hố) được xác định bằng cách so sánh chất lượng nước mô phỏng với các số liệu quan trắc ở Nhật Bản (Hướng dẫn nghiên cứu lập kế hoạch xây dựng hệ thống thốt nước lưu vực sơng, hiệp hợi cấp thốt nước Nhật Bản, 2008), như được trình bày tại Bảng 3.14. Tháng 2 được lựa chọn để nghiên cứu vì vào tháng này vì lưu lượng nước sơng ổn định và đại diện cho mùa kiệt. Theo kết quả nghiên cứu của chương trình Nghiên cứu quản lý môi trường nước các lưu vực sơng Việt Nam do Nhóm nghiên cứu JICA thực hiện năm 2009 trên sông Cầu đoạn Bắc Cạn – Thái Nguyên thì tại khu vực nghiên cứu sơng Cầu có hệ số tự làm sạch như sau:
Bảng 3.14. Xác định hiệu ứng tự làm sạch (hệ số khử ơ xy hố) trên sơng Cầu
Đoạn Sông Hệ số khử ơ xy hố (*1) Tốc độ dịng chảy sơng (*2)
Thượng nguồn ~ SCA-2-1-C 0,12 0,40m/s
SCA-2-1-C ~ SCA-1-1-TD 0,11 0,20m/s
SCA-1-1-TD ~ SCA-1-5-TD 0,10 0,15m/s
SCA-1-5-TD ~ Hạ nguồn 0,10 0,05m/s
Chú thích:
- SCA-2-1-C: Thác Riềng; SCA-1-1-TD: Văn Lang; SCA-1-5-TD: Đập Thác Huống - (*1) Hiệu ứng tự làm sạch phụ thuộc và độ dốc của dịng sơng
- (*2) Lưu lượng nước sơng do nhóm nghiên cứu JICA đo vào tháng 2/2009
2. Thải lượng ô nhiễm tại điểm nghiên cứu SC-1 (Thượng nguồn - theo điểm nghiên cứu trên sông Cầu): Theo Báo cáo kinh tế kỹ thuật cơng trình cải tạo mơi trường, nạo vét khơi thơng dịng chảy sơng Cầu đoạn từ Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ đến công ty nhiệt điện Cao Ngạn, năm 2010 thì lưu lượng nước của
sơng Cầu khu vực trung tâm thành phố có lưu lượng xả khoảng 5,65m3
/s (tháng 2). Kết hợp với tải lượng ô nhiễm tại điểm SC-1 trên bảng 3.13, ta có thải lượng các chất ô nhiễm tại điểm SC-1 (L0) là: BOD = 36,160 (g/s).
3. Thải lượng ô nhiễm tại các tiểu lưu vực theo các suối: Suối Mỏ Bạch, suối Cống Ngựa, suối Xương Rồng.
* Suối Mỏ Bạch: Theo tính tốn và nghiên cứu trực tiếp trên suối Mỏ Bạch thì lưu lượng xả của suối này ra sông Cầu khoảng 3.274 m3/ngày đêm 0,035 m3/s. Kết hợp với tải lượng các chất ơ nhiễm tại bảng 3.13, ta có thải lượng ô nhiễm trên suối Mỏ Bạch SMB (l1) là: BOD = 0,417 (g/s).
* Suối Cống Ngựa: Theo tính tốn và nghiên cứu trực tiếp trên suối Cống Ngựa thì lưu lượng xả của suối này ra sông Cầu khoảng 1.000 m3/ngày đêm 0,012 m3/s. Kết hợp với tải lượng các chất ô nhiễm tại bảng 3.13, ta có thải lượng ơ nhiễm trên suối Cống Ngựa SCN (l2) là: BOD = 0,382 (g/s).
* Suối Xương Rồng: Theo tính tốn và nghiên cứu trực tiếp trên suối Xương Rồng thì lưu lượng xả của suối này ra sông Cầu khoảng 3.500 m3/ngày đêm 0,041 m3/s. Kết hợp với tải lượng các chất ô nhiễm tại bảng 3.13, ta có thải lượng ơ nhiễm trên suối Xương Rồng SXR (l3) là: : BOD = 0,648 (g/s).
4. Điểm nghiên cứu tính tốn SC-x (Trên sơng Cầu, sau điểm nghiên cứu SC-1): Sử dụng cơng thức Streeter-Phelps để tính tốn nồng đợ các chất ơ nhiễm tại các điểm SC-2; SC-3; SC-4; SC-5; cách điểm SC-1 các khoảng cách: 3: 3,8: 6,3: 6,5 (km).
3.3.3.2. Kết quả tính tốn
Kết quả tính tốn ra từ cơng thức Streeter-Phelps gồm chế đợ dịng chảy trên toàn hệ thống (vận tốc, lưu lượng, hiệu ứng tự làm sạch). Dựa vào công thức trên ta có thể tính được nồng đợ chất ơ nhiễmgiá trị (BOD) tại các điểm xả dọc theo sông Cầu đoạn qua trung tâm thành phố. Kết quả tính tốn cho ra kết quả như sau:
Bảng 3.15. Kết quả tính tốn khả năng tự làm sạch của sơng Cầu
Điểm nghiên cứu SC-1 SC-2 SC-3 SC-4 SC-5
Khoảng cách (km) 0 3 3,8 6,3 6,5
BOD (mg/L) 6,40 6,28 6,30 6,25 6,24
Giá trị BOD thực tế 6,4 6,26 6,32 6,28 6,25
Biểu diễn BOD trên đồ thị:
Hình 3.6. Kết quả tính tốn BOD tại các điểm nghiên cứu theo hiện trạng
* Nhận xét kết quả: Trong trường hợp tác động đồng thời cả 3 nguồn (suối Mỏ Bạch; suối Cống Ngựa; suối Xương Rồng) thì ở khoảng cách 6,5km trên sơng Cầu tính từ điểm xả sau suối Phượng Hoàng về phí hạ lưu có giá trị BOD lớn hơn 6,24 mg/L. Nồng độGiá trị BOD max cao nhất tại điểm xả sau suối Cống Ngựa 6,3 mg/L (tiếp nhận nước thải của khu dân cư phường Hoàng Văn Thụ). Sau đó nồng đợ chất ô nhiễm giảm dần theo chiều dài đoạn sông nghiên cứu.
Xét riêng rẽ từng nguồn xả:
Kết quả tính tốn BOD tại các điểm nghiên cứu theo hiện trạng 6,2 6,25 6,3 6,35 6,4 6,45 0 1 2 3 4 5 6 7 Khoảng cách (km) N ồ n g đ ộ B O D (m g /l)
+ Khu vực bắt đầu từ suối Mỏ Bạch (SC-2) đến suối Cống Ngựa (SC-3) khoảng 0,8km có giá trị BOD lớn hơn 6,28 mg/L, còn giá trị trung bình đều nhỏ hơn 6,294 mg/ L.
+ Khu vực bắt đầu từ suối Cống Ngựa (SC-3) đến suối Xương Rồng (SC-4) khoảng 2,5km có giá trị BOD lớn hơn 6,25 mg/L, còn giá trị trung bình đều nhỏ hơn 6,294 mg/L.
+ Khu vực bắt đầu từ suối Xương Rồng (SC-4) si về phí hạ lưu khoảng 0,2km có giá trị BOD lớn hơn 6,24 mg/L, còn giá trị trung bình đều nhỏ hơn 6,294mg/L.
Ta nhận thấy nồng độ chất ô nhiễm giảm dần từ điểm nghiên cứu SC-1 đến SC-2 trên sông Cầu. Nguyên nhân trong khoảng 3 km này khơng có nguồn thải từ các lưu vực chảy vào. Dưới tác đợng của q trình tự làm sạch và pha lỗng của dịng sông, chất ô nhiễm giảm đi đáng kể từ 6,40 mg/L xuống cịn 6,28 mg/L BOD. Sau đó nồng đợ chất ơ nhiễm có xu hướng tăng lên và đạt giá trị max tại vị trí SC-3 cách SC-2 là 0,8 km, nguyên nhân trong khoảng chiều dài 0,8 km này sông Cầu tiếp nhận nước thải của hai suối Mỏ Bạch và Suối Cống Ngựa chảy vào (tác động cộng hưởng), giá trị đạt max tại SC-3 là 6,30 mg/L. Sau điểm nghiên cứu SC-3 nồng độ chất ô nhiễm giảm dần tới điểm nghiên cứu SC-4 và SC-5 mặc dù trong khoảng nghiên cứu SC-3, SC-4 có tiếp nhận nước thải của suối Xương Rồng nhưng do quá trình pha lỗng và q trình tự làm sạch của dịng sơng lớn hơn lượng chất ơ nhiễm bổ sung vào lên tổng nồng độ chất ô nhiễm vẫn giảm, tại SC-4 (BOD: 6,25 mg/L), SC-5 (BOD: 6,24 mg/L).
3.3.4. Xây dựng kịch bản ô nhiễm và sử dụng công thức Streeter-Phelps để dự báo.
3.3.4.1. Kịch bản -1:
Theo kịch bản này, tính đến dự án thốt nước tại thành phố Thái Nguyên do chính phủ Pháp tài chợ (phục vụ khoảng 100.000 dân) và xử lý nước thải sinh hoạt của những khu vực đông dân cư, chung cư, nhà cao tầng. Khi đó nồng đợ BOD
trong các suối trước khi đổ vào sông Cầu dự báo sẽ giảm 50%. Khi đó ta có bảng nồng đợ BOD trên các suối như sau:
Bảng 3.16. Nồng độGiá trị BOD dự báo trong Kịch bản -1
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị SMB SCN SXR
1 BOD mg/L 5,95 15,9 7,9
Áp dụng cơng thức Streeter-Phelps ta có bảng kết quả như sau:
Bảng 3.17. Kết quả tính tốn khả năng tự làm sạch của sông Cầu theo Kịch bản - 1
Điểm nghiên cứu SC-1 SC-2 SC-3 SC-4 SC-5
Khoảng cách (km) 0 3 3,8 6,3 6,5
BOD (mg/L) 6,40 6,25 6,23 6,13 6,12
Biểu diễn BOD theo Kịch bản - 1 trên đồ thị:
Hình 3.7. Kết quả tính tốn BOD tại các điểm nghiên cứu theo Kịch bản - 1
Kết quả tính tốn BOD tại các điểm nghiên cứu theo Kịch bản - 1 6,1 6,15 6,2 6,25 6,3 6,35 6,4 6,45 0 1 2 3 4 5 6 7 Khoảng cách (km) N ồ n g đ ộ B O D (m g /l)
* Nhận xét: Trong trường hợp theo kịch bản - 1, nước thải tại các nguồn thải được xử lý 50% nồng độ các chất ơ nhiễm. Khi đó tác đợng đồng thời cả 3 nguồn thải (suối Mỏ Bạch; suối Cống Ngựa; suối Xương Rồng) thì ở khoảng cách 6,5km trên sơng Cầu tính từ điểm xả sau suối Phượng Hoàng về phí hạ lưu có giá trị BOD là 6,12 mg/L. Nồng độGiá trị BOD trên sông Cầu liên tục giảm từ 6,40 mg/L xuống 6,12 mg/L, mặc dù trong khoảng cách 6,5 km sông Cầu tiếp nhận liên tiếp nước thải của ba nguồn thải (suối Mỏ Bạch; suối Cống Ngựa; suối Xương Rồng), nhưng quá trình pha lỗng và quá trình tự làm sạch của sông Cầu lớn hơn thải lượng chất ô nhiễm từ các nguồn bổ sung vào dịng sơng nên nồng đợ chất ơ nhiễm vẫn liên tục giảm theo chiều dài của đoạn sông nghiên cứu.
3.3.4.2. Kịch bản - 2:
Kịch bản - 2 bao gồm áp dụng Kịch bản - 1, đồng thời kiểm sốt tổng tải lượng ơ nhiễm của các đơn vị xả thải. Bằng việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập chung cho toàn thành phố, các nhà máy công nghiệp đầu tư hệ thống xử lý nước thải và kiểm sốt tổng tải lượng các chất ơ nhiễm. Hơn nữa, điều này là cơng bằng vì ngun tắc cơ bản để xây dựng kế hoạch quản lý môi trường nước là người ô nhiễm phải trả tiền.
Kế hoạch này giới thiệu cách tiếp cận mới mang tên kiểm soát tổng tải lượng ô nhiễm của các cơ sở. Mặc dù đã đạt tiêu chuẩn nước xả thải QCVN 40:2011/BTNMT, các doanh nghiệp vẫn cần tiếp tục lỗ lực giảm tải lượng ô nhiễm. Để thực hiện, các cơ quan thực thi hành chính cần bổ sung cơ sở pháp lý mới bằng cách ban hành các sắc lệnh riêng của tỉnh và thống nhất việc thực hiện với các doanh nghiệp. Khi đó nồng đợ BOD trong các suối dự báo sẽ đạt QCVN 08:2008/BTNMT (cợt A), trước khi thải ra sơng Cầu. Ta có bảng nồng đợ BOD trên các suối như sau:
Bảng 3.18. Nồng độGiá trị BOD dự báo trong Kịch bản -2
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị SMB SCN SXR
1 BOD mg/L 4,3 5,2 4,5
Bảng 3.19. Kết quả tính tốn khả năng tự làm sạch của sơng Cầu theo Kịch bản - 2
Điểm nghiên cứu SC-1 SC-2 SC-3 SC-4 SC-5