1.3. Tổng quan về phương pháp, mơ hình đánh giá khả năng tự làm sạch và khả
1.3.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chấ tô
C2:Nồng độ chất ơ nhiễm tại vị trí hạ nguồn (mg/l), L12: Chiều dài đoạn sơng giữa hai vị trí nghiên cứu (km).
Tại ba vị trí đã được lựa chọn, tiến hành lấy mẫu thực vật thủy sinh và mẫu nước sau đó phân tích các thơng số: tổng nitơ (TN), tổng photpho (TP) và thủy ngân (Hg). Kết quả cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm tổng nitơ, tổng photpho giảm dần khi tăng khoảng cách từ nguồn thải. Tuy nhiên, có rất ít sự thay đổi về nồng độ của Hg trong ba vị trí. Điều đó cho thấy sơng Juma khơng có khả năng tự làm sạch đối với ơ nhiễm kim loại nặng. Vì vậy, các nhà máy xả thải nhiều kim loại nặng không nên được xây dựng dọc theo sông [22].
1.3.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô nhiễm nhiễm
Trong nghiên cứu của Taurai Bere (2005), nhóm nghiên cứu đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô nhiễm [24]. Tác giả đã liệt kê các cơng thức tính tốn khả năng tự làm sạch các chất ơ nhiễm của dịng sơng như sau:
Diện tích mặt cắt ngang của dịng chảy được tính từ chiều rộng và chiều sâu đo được của dịng sơng. Sau đó lưu lượng nước được tính bằng cơng thức sau:
Q = VA Trong đó:
Q: Lưu lượng (m3/s),
V: Vận tốc trung bình (m/s), A: Diện tích mặt cắt ngang (m2).
Khi đó, tải lượng chất ơ nhiễm được tính như sau: L = QC
Trong đó:
L: Tải lượng chất ơ nhiễm (g/s), Q: Lưu lượng (m3/s),
C: Nồng độ chất ô nhiễm (g/m3).
Khả năng tự làm sạch giữa hai vị trí được tính tốn như sau: Sm = L1 - L2
Trong đó:
Sm: Khả năng tự làm sạch (g/s),
L1 và L2: Tải lượng chất ô nhiễm (g/s) tại các vị trí thượng nguồn và hạ nguồn tương ứng. Phương pháp phân tích hồi quy được sử dụng để đánh giá mối quan hệ giữa khoảng cách từ điểm của dòng chảy nước thải và nồng độ chất dinh dưỡng trong nước và trầm tích tại các vị trí hạ lưu của dịng chảy nước thải [24].
1.3.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước bằng phương pháp mơ hình hóa
Một số nghiên cứu trên thế giới từ khá lâu đã sử dụng phương pháp mơ hình hóa để đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Năm 1925, Streeter và Phelps đã cơng bố một cơng trình về “Đường cong thiếu hụt DO” trong sơng Ohio cho phép giải thích sự giảm của DO theo khoảng cách theo hướng dịng chảy của sơng do sự phân huỷ BOD, phương trình này được mang tên Streeter – Phelps. Sau khi xây dựng được biểu thức tốn học mơ tả diễn biến DO, có thể xác định được sự phân bố DO, BOD theo khoảng cách dịng chảy đồng thời tính tốn được tải lượng chất ô nhiễm tối đa được đưa vào nguồn nước để có thể duy trì mức giá trị DO xác định [6,6,23].
Hình 1.7. Đường cong diễn biến DO điển hình
Mơ hình Streeter-Phelps cổ điển được xây dựng dựa trên giả định có một nguồn thải BOD duy nhất được phân bố đều ở các mặt cắt ngang của một dịng chảy và nó di chuyển như một đường thẳng mà khơng có xáo trộn. Ngồi ra, giả định chỉ có một nguồn tiêu thụ DO duy nhất là BOD – cacbon và một nguồn sinh DO từ khí quyển mà bỏ qua sự tiêu thụ oxy bởi trầm tích cũng như sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào các q trình quang hợp, hơ hấp, q trình chuyển hóa các hợp chất của nitơ…
Các mơ hình mở rộng được phát triển từ mơ hình truyền thống có tính tốn đến các quá trình phụ, làm giảm thiểu sai số. Các thơng số trong mơ hình mở rộng có thể được ứng dụng trong một đối tượng cụ thể hoặc ước tính về mặt lý thuyết. Tuy nhiên, cần phải có một bộ số liệu đầu vào cho mơ hình rất phong phú [15,19,21,26].
1.3.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước theo thông tư số 02/2009/TT-BTNMT 02/2009/TT-BTNMT
Hiện nay, ở Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành thông tư 02/2009/TT-BTNMT về quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước.
Quy trình đánh giá bao gồm:
- Đánh giá sơ bộ nguồn nước tiếp nhận nước thải; - Xác định các chất ô nhiễm cần đánh giá;
- Đánh giá chi tiết khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước;
Trong đó, khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước đối với chất ô nhiễm đang đánh giá được tính tốn theo phương trình dưới đây:
Khả năng tiếp nhận của nguồn nước đối
với chất ô nhiễm ≈
Tải lượng ô nhiễm tối đa
của chất ô nhiễm
-
Tải lượng ơ nhiễm sẵn có trong nguồn nước của chất ơ
nhiễm
Trình tự đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước được trình bày tóm tắt như sau:
Bước 1: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm tối đa của chất ô nhiễm
Ltđ = (Qs + Qt).Ctc.86,4;
Ltđ (kg/ngày) là tải lượng ô nhiễm tối đa của nguồn nước đối với chất ô nhiễm;
Qs (m3/s) là lưu lượng dòng chảy tức thời nhỏ nhất ở đoạn sông cần đánh giá trước khi tiếp nhận nước thải, (m3/s);
Qt (m3/s) là lưu lượng nước thải lớn nhất;
Ctc (mg/l) là giá trị giới hạn nồng độ chất ơ nhiễm;
Bước 2: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm có sẵn trong nguồn nước tiếp nhận
Ln = Qs.Cs.86,4
Trong đó:
Ln (kg/ngày) là tải lượng ơ nhiễm có sẵn trong nguồn nước tiếp nhận;
Cs (mg/l) là giá trị nồng độ cực đại của chất ô nhiễm trong nguồn nước trước khi
tiếp nhận nước thải;
Bước 3: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm của chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước tiếp nhận
Lt = Qt.Ct.86,4
Trong đó:
Lt (kg/ngày) là tải lượng chất ô nhiễm trong nguồn thải;
Ct (mg/l) là giá trị nồng độ cực đại của chất ô nhiễm trong nước thải.
Bước 4: Tính tốn khả năng tiếp nhận nước thải
Khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm của nguồn nước đối với một chất ô nhiễm cụ thể từ một điểm xả thải đơn lẻ được tính theo cơng thức:
Ltn = (Ltđ - Ln - Lt).Fs
Trong đó:
Fs là hệ số an tồn, Fs có giá trị trong khoảng 0,3 < Fs < 0,7. Hệ số an tồn có thể khác nhau đối với các chất ô nhiễm khác nhau. Giá trị Fs nhỏ có nghĩa là chỉ dành một phần nhỏ khả năng tiếp nhận nước nước thải đối với chất ô nhiễm được đưa vào nguồn nước do các yếu tố không chắc chắn lớn và nguy cơ rủi ro cao.
Nếu giá trị Ltn lớn hơn (>) 0 thì nguồn nước vẫn cịn khả năng tiếp nhận đối với chất ô nhiễm. Ngược lại, nếu giá trị Ltn nhỏ hơn hoặc bằng (≤) 0 có nghĩa là nguồn nước khơng cịn khả năng tiếp nhận đối với chất ô nhiễm.
Thông tư này được áp dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước; các tổ chức, cá nhân có hoạt động xả nước thải, tư vấn lập hồ sơ đề nghị cấp phép xả nước thải vào nguồn nước.
1.3. Tổng quan về sông Nhuệ
1.3.1. Giới thiệu chung về sông Nhuệ
Sông Nhuệ là một con sông nhỏ, phụ lưu của sông Đáy. Sông dài khoảng 74 km, chảy ngoằn ngoèo gần như theo hướng Bắc Tây Bắc - Nam Đông Nam qua địa phận thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam. Điểm bắt đầu của sông Nhuệ là cống Liên Mạc, lấy nước từ sông Hồng trong địa phận quận Bắc Từ Liêm (thành phố Hà Nội) và điểm kết thúc của nó là cống Phủ Lý khi hợp lưu vào sông Đáy gần thành phố Phủ Lý (tỉnh Hà Nam phố Phủ Lý (tỉnh Hà Nam). Sông chảy qua các quận, huyện, thị trấn gồm các quận: Bắc Từ Liêm, Nam Từ Liêm, Hà Đông; các huyện gồm: Thanh Trì, Thường Tín, Thanh Oai, Phú Xuyên của thành phố Hà Nội, huyện Duy Tiên của tỉnh Hà Nam và cuối cùng đổ vào sông Đáy ở khu vực thành phố Phủ Lý [10].
Sơng Nhuệ có diện tích lưu vực khoảng 1070 km2, chiếm 13,95 % trong tổng diện tích lưu vực sơng Nhuệ - Đáy. Trên địa bàn Hà Nội, sơng có chiều dài 61,5 km; chiều rộng trung bình của sơng là 30 - 40 m; độ cao đáy sông 0,52 - 2,8 m. Trong tổng lượng dòng chảy trên lưu vực sơng Nhuệ thì tới 85 % có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 15 % còn lại bắt nguồn từ lưu vực. Ngồi ra, nối sơng Đáy với sơng Nhuệ cịn có các sơng nhỏ như sông La Khê (qua quận Hà Đông), sông Tơ Lịch, sơng Vân Đình, sơng Duy Tiên, sơng Ngoại Đô [10].
Chế độ thuỷ văn của sông Nhuệ không những chịu ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm trên bề mặt lưu vực, các yếu tố khí hậu mà còn phụ thuộc vào chế độ dòng chảy của nước sông Hồng và các sơng khác. Vì thế mà chế độ thuỷ văn ở đây rất phức tạp và có sự khác nhau nhất định giữa các đoạn sơng. Dịng chảy trên lưu vực sông phân bố không đều theo không gian và thời gian [10].
Lượng nước trong các tháng mùa lũ rất dồi dào, đặc biệt là tháng 9. Mùa kiệt bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trong đó kiệt nhất là 3 tháng đầu năm. Đặc biệt là tháng 3 với lượng mưa ít, ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dịng sơng. Dòng chảy nhỏ nhất trên sông Nhuệ từ 15 - 26 m3/s (tại Hà Đông), lưu tốc trung bình đạt 0,8 m/s [13].
Sự phân bố theo thời gian thể hiện rõ nét thông qua phân phối dòng chảy trong năm. Phân phối dòng chảy năm phụ thuộc vào sự phân phối theo mùa của lượng mưa năm nên dòng chảy trong năm cũng phân phối không đều và thể hiện hai mùa rõ rệt là mùa lũ và mùa cạn. Tuy nhiên, việc phân mùa như trên chỉ mang tính trung bình trong từng năm cụ thể. Do sự nhiễu động của chế độ mưa, mùa mưa có thể bắt đầu sớm hơn hoặc kết thúc muộn đến một tháng [10].
Hình 1.8. Bản đồ lưu vực sơng Nhuệ - Đáy trên địa bàn Hà Nội
1.3.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ
Nằm ở vị trí địa lý chiến lược, sơng Nhuệ có vai quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hà Nội. Không những đảm nhiệm vai trò cung cấp nước tưới tiêu cho nông nghiệp, sơng Nhuệ cịn là nơi thốt lũ cho sơng Hồng vào mùa mưa, song cũng đồng thời là nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội [12]. Chính vì vậy, chất lượng nước sơng Nhuệ có sự thay đổi nhiều tùy vào mùa và vị trí khác nhau.
Trong khoảng chục năm trở lại đây, tình trạng ơ nhiễm nước sông Nhuệ ngày càng trở nên nghiêm trọng. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thanh Sơn và cộng sự (2011), nước sông Nhuệ chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp của thành phố Hà Nội. Mùa kiệt chất lượng nước phụ thuộc vào chế độ
vận hành cống Liên Mạc, chế độ xả nước đập Thanh Liệt và chế độ lấy nước tưới của hệ thống thuỷ nông. Nếu cống Liên Mạc mở to, lưu lượng nước sơng Hồng chảy vào lớn thì chất lượng nước ở phía hạ du đươc cải thiện đáng kể do được pha loãng [8]. Ngược lại, nếu cống Liên Mạc đóng hoặc mở với khẩu độ nhỏ, phía Thanh Trì vẫn nhận nước thải sơng Tơ Lịch xả vào, dưới hạ lưu sẽ bị sự cố về môi trường nước. Về mùa lũ cống Liên Mạc thường đóng, nước sơng Nhuệ chủ yếu là nước thải thành phố, nước mưa, nước tiêu nơng nghiệp, nhưng được bơm thốt nhanh ra sông Đáy.
Chất lượng nước sông Nhuệ được đánh giá sơ bộ như sau:
- Tại cống Liên Mạc: khi cống mở, nước không bị ô nhiễm hoặc ô nhiễm nhẹ, chất lượng nước giống như nước sơng Hồng, khi cống đóng mức độ ô nhiễm cao hơn nhưng không đáng kể do nước chảy chậm, giảm sự khuếch tán của ôxy trong nước.
- Tại Cầu Diễn, cầu Hà Đông sông Nhuệ cung cấp nước tiêu nông nghiệp của hai quận Bắc Từ Liêm và Nam Từ Liêm, đồng thời tiếp nhận nước thải làng nghề, nước thải sinh hoạt ở hai bên sông, nước bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ, cặn lơ lửng và vi khuẩn.
- Tại cầu Mai Lĩnh, Hà Đơng nhận tồn bộ nước thải của thị xã Hà Đông, hàm lượng chất hữu cơ cao, nồng độ COD trong nước sông vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 2 - 3 lần trong khi nồng độ BOD5 vượt quá giới hạn cho phép chất lượng nước mặt loại A từ 4 - 6 lần, giá trị DO rất thấp chỉ đạt 2,89 mg/l (tháng IV/2003).
- Tại Cầu Tó, huyện Thanh Trì nhận tồn bộ nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội xấp xỉ 500.000 m3/ngày đêm, ngồi ra lượng nước thải sản xuất cơng nghiệp và các dịch vụ khác khoảng 250.000 - 300.000 m3/ngày mang theo nhiều chất cặn bã lơ lửng, chất hữu cơ, hoá chất độc hại, vi khuẩn gây bệnh làm cho nước sơng Nhuệ tại Cầu Tó bị ơ nhiễm nặng, nhất là vào mùa kiệt (khi cống Liên Mạc đóng và nước thải
thành phố Hà Nội xả vào, đôi khi xảy ra sự cố môi trường nước ở đoạn sông này. Hàm lượng các chất ô nhiễm đều vượt quá giới hạn cho phép đối với nước mặt loại B).
- Ước tính lượng nước thải từ sinh hoạt và cơng nghiệp đổ vào sơng trung bình khoảng 5,4 m3/s, điều này đồng nghĩa với việc để mức độ ô nhiễm BOD5 không vượt quá tiêu chuẩn nước mặt loại B thì cống Liên Mạc sẽ phải mở với cơng suất tối đa 60 m3/s [8].
Qua kết quả phân tích chất lượng nước sơng Nhuệ định kỳ hàng năm của Tổng Cục Môi trường cho thấy tại khu vực đầu nguồn (sau khi nhận nước sông Hồng), nước sông hầu như không bị ô nhiễm. Từ đoạn sông chảy qua khu vực Hà Đông (Phúc La) cho tới trước khi nhận nước sông Tô Lịch, nước đã bắt đầu bị ô nhiễm [10].
Nguyên nhân gây ô nhiễm chủ yếu do nước thải sinh hoạt của quận Hà Đông và nước thải sản xuất của Cụm công nghiệp Từ Liêm, làng bún Phú Đô, làng nghề Cát Quế, Dương Liêu đổ vào sơng... Ngồi ra, trên sơng Nhuệ tình trạng đổ phế thải, rác thải xuống sơng cịn phổ biến; tình trạng lấn chiếm, xây dựng trái phép hai bên bờ sông vẫn diễn ra.
Sau khi tiếp nhận nước thải của sông Tô Lịch, nước sông Nhuệ bị ô nhiễm cao hơn. Nước thải sơng Tơ Lịch là ngun nhân chính gây ơ nhiễm cho sơng Nhuệ, đặc biệt tại điểm cầu Tó trở đi. Theo đó, có thể nói đoạn sơng Nhuệ chảy qua xã Cự Khê, huyện Thanh Oai, Hà Nội là khu vực có chất lượng nước thuộc mức độ bị ô nhiễm cao trên tồn bộ dịng sơng Nhuệ [10,13].
Trước tình trạng chất lượng nước sông Nhuệ đang bị suy giảm như hiện nay, nhiều nghiên cứu, kế hoạch, đề án bảo vệ môi trường đã được đưa ra nhằm cải thiện môi trường nước trong đó có Đề án tổng thể bảo vệ mơi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy đến năm 2020 tại Quyết định 57/2008/QĐ-TTg ngày 29/4/2008. Các dự án thuộc Chương trình mục tiêu quốc gia về khắc phục ơ nhiễm và cải thiện môi trường đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định 1206/QĐ-TTg ngày 2/9/2012.
CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: nước sông Nhuệ.
- Phạm vi nghiên cứu: địa phận thành phố Hà Nội.
2.2. Cách tiếp cận
Trên cơ sở thực trạng ơ nhiễm của dịng sơng, tiến hành lựa chọn vị trí lấy mẫu phù hợp cho nghiên cứu. Đối với mẫu nước như vậy, trong thực tế, ln ln có sự tiếp nhận chất ơ nhiễm. Để có được điều kiện ổn định trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu giả thiết rằng:
Mẫu nước không nhận thêm các chất ô nhiễm
Trong tự nhiên có thể xảy ra ba trường hợp: - Nước được cung cấp đầy đủ oxy