Nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất hữu cơ tại sông tô lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phí Phương Hạnh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ
TẠI SÔNG TÔ LỊCH BẰNG HỆ THỐNG SỤC KHÍ
SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Phí Phương Hạnh

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ
TẠI SÔNG TÔ LỊCH BẰNG HỆ THỐNG SỤC KHÍ
SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Trần Thiện Cường
TS. Nguyễn Hữu Huấn

Hà Nội - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn
toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào
khác. Các trích dẫn sử dụng trong luận văn đã ghi rõ tên tài liệu tham khảo và tác
giả của tài liệu đó.
TÁC GIẢ

Phí Phương Hạnh

i


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện được nội dung của luận văn thạc sĩ khoa học, ngoài sự
nỗ lực không ngừng của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc
nhất tới quý thầy cô bộ môn Môi trường và Phát triển bền vững nói riêng và toàn
thể thầy cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc
gia Hà Nội nói chung đã luôn quan tâm và tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến
thức bổ ích và vô cùng quý báu cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới TS. Trần Thiện
Cường và TS. Nguyễn Hữu Huấn, những người đã trực tiếp hướng dẫn, luôn luôn
sát sao, động viên, nhắc nhở kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu phục vụ cho luận văn.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ thuộc Phòng Thí nghiệm Khoa Môi
trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, cảm ơn Trung tâm nghiên
cứu quan trắc và mô hình hóa môi trường đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hết sức nhiệt tình
trong quá trình phân tích và vận hành thiết bị thực nghiệm để tôi có thể thuận lợi
hoàn thành luận văn của cá nhân mình.
Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp, những người vẫn luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên tôi và đồng
thời cũng là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được
giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn thạc sĩ
khoa học vừa qua.
TÁC GIẢ

Phí Phương Hạnh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................................ v
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................3
1.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội của thành phố Hà Nội ................ 3
1.1.1 Tổng quan về điều khiện tự nhiên của TPHN ........................................................ 3
1.1.1.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................... 3
1.1.1.2 Khí hậu ................................................................................................................ 3
1.1.1.3 Thủy văn.............................................................................................................. 4

1.1.2 Tổng quan về điều kiện kinh tế xã hội của TPHN ................................................. 4
1.1.2.1 Dân số .................................................................................................................. 4
1.1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế............................................................................... 5
1.2 Tổng quan về hiện trạng môi trường của sông Tô Lịch ................................................ 6
1.2.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình của sông Tô Lịch.................................................. 6
1.2.2 Thực trạng nguồn thải sông Tô Lịch tiếp nhận ...................................................... 7
1.3 Tổng quan về hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Hà Nội ...................................... 9
1.4 Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông .................................... 13
1.4.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ ................................................................................ 13
1.4.2 Ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông .................................................................. 14
1.4.3 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm chất hữu cơ ................................................... 16
1.4.3.1 Tách nước thải và nước mưa đợt đầu khỏi sông .......................................... 16
1.4.3.2 Xử lý nước thải trước khi xả vào sông .......................................................... 16


1.4.3.3 Tăng cường quá trình tự làm sạch trong sông .............................................. 17
1.4.3.4 Giảm thiểu nguồn ô nhiễm từ tầng đáy và bùn cặn ..................................... 19
1.5 Tổng quan xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng phương pháp sục khí ............................ 21
1.5.1 Cơ sở khoa học ......................................................................................................... 21
1.5.2 Thí nghiệm sử dụng công nghệ sục khí ................................................................. 21
1.5.2.1 Cơ sở khoa học của hệ thống sục khí ............................................................ 21
1.5.2.2 Mô hình hệ thiết bị sục khí quy mô PTN ..................................................... 22
1.5.2.3 Ảnh hưởng của phương pháp sục khí đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ ..... 25
1.5.2.4 Công nghệ sục khí ngầm được áp dụng trên thế giới .................................. 30
1.6 Tổng quan về năng lượng mặt trời ................................................................................. 32
1.6.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam ................................................. 32
1.6.2 Ứng dụng hệ thống sục khí sử dụng pin mặt trời tại Việt Nam ......................... 32
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 36
2.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................... 36
2.1.1 Chất lượng nước sông Tô Lịch............................................................................... 36

2.1.2 Phương pháp xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hợp chất chứa sắt...................... 37
2.1.3 Khả năng thay thế điện năng dùng cho hệ thống sục khí bằng pin mặt trời..... 41
2.2 Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................................... 42
2.3.1 Phương pháp thừa kế có chọn lọc .......................................................................... 44
2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................................ 44
2.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................................... 47
2.3.5 Phương pháp thống kê ............................................................................................. 50
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 51
3.1 Đánh giá chất lượng môi trường nước sông Tô Lịch .................................................. 51
3.1.1 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa khô ................................ 51
3.1.2 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Tô Lịch mùa mưa............................... 58

i


3.2 Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm chất hữu cơ ......................................... 64
3.2.1 Xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hệ thống sục khí............................................... 64
3.2.1.1 Nguyên tắc hoạt động của máy sục khí ngầm .............................................. 64
3.2.1.2 Sự phù hợp của phương pháp xử lý ô nhiễm CHC bằng hệ thống sục
khí trên sông Tô Lịch.................................................................................................... 65
3.2.2 Xử lý ô nhiễm chất hữu cơ bằng hợp chất chứa sắt ............................................. 67
3.2.3 So sánh ưu nhược điểm của 2 phương pháp xử lý COD ..................................... 72
3.2.4 Sử dụng pin năng lượng mặt trời cho hệ thống sục khí ...................................... 73
3.2.4.1 Tiềm năng sử dụng pin năng lượng mặt trời ................................................ 73
3.2.4.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ hệ thống sục khí sử dụng pin NLMT ............. 75
3.2.4.3 Hiệu quả của hệ thống pin năng lượng mặt trời ........................................... 79
3.2.4.4 Phương án thu gom xử lý pin năng lượng mặt trời sau khi hết hạn sử
dụng ................................................................................................................................ 83
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................................... 83
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN

LUẬN VĂN ........................................................................................................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 90

ii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TPHN

Thành phố Hà Nội

NTSX

Nước thải sản xuất

NTSH

Nước thải sinh hoạt

NTCN

Nước thải công nghiệp

NTDV

Nước thải dịch vụ

NTBV

Nước thải bệnh viện

TLV

Tiểu lưu vực

HTTN

Hệ thống thoát nước

KCN

Khu công nghiệp

CCN

Cụm công nghiệp

NLMT

Năng lượng mặt trời

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Hàm lượng và thải lượng một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch ....... 8
Bảng 1.2: Đánh giá hiệu quả xử lý của 4 nhà máy XLNT đô thị tại TPHN .............. 12
Bảng 2.1: Phân vùng các tiểu khu tiêu thoát nước dọc theo sông Tô Lịch ................ 37
Bảng 2.2: Vị trí lấy mẫu sông Tô Lịch............................................................................ 44
Bảng 2.3: Bảng phương pháp phân tích các thông số ................................................... 47

Bảng 3.1: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải .......................................... 68
Bảng 3.2: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải .......................................... 69
Bảng 3.3: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải .......................................... 70
Bảng 3.4: Kết quả nồng độ COD đo được trong nước thải .......................................... 71
Bảng 3.5: So sánh ưu nhược điểm ................................................................................... 72
Bảng 3.6: So sánh hiệu quả của hệ thống định hướng 1 trục và 2 trục ....................... 78
Bảng 3.7: Danh mục máy móc thiết bị sử dụng trong quá trình lắp đặt hệ thống
điện mặt trời........................................................................................................................ 78
Bảng 3.8: Hiệu quả về môi trường của việc tiết kiệm điện năng................................. 80
Bảng 3.9: Tỷ giá thu mua điện ......................................................................................... 81
Bảng 3.10: Bảng giá điện sinh hoạt theo 6 bậc được ban hành tháng 3/2019 ........... 82

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải của một số chất ô nhiễm thải
vào sông Tô Lịch ................................................................................................................. 9
Hình 1.2: Hệ thống thoát nước chung điển hình tại các đô thị Việt Nam .................. 10
Hình 1.3: Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam ........................................ 11
Hình 1.4: Công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế của 4 nhà máy XLNT
đô thị tại TPHN .................................................................................................................. 12
Hình 1.5: Hình ảnh nạo vét sông Tô Lịch ...................................................................... 20
Hình 1.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm sục khí cưỡng bức theo độ sâu .............................. 23
Hình 1.7: Mô hình hệ thiết bị sục khí PTN ................................................................... 24
Hình 1.8: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 1 ....... 25
Hình 1.9: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 2 ........ 26
Hình 1.10: Xu thế diễn biến giá trị COD theo thời gian sục khí trong mô đun 3 ...... 27
Hình 1.11: Diễn biến giá trị COD tầng mặt theo thời gian của hệ sục khí ................. 28
Hình 1.12: Diễn biến giá trị COD tầng đáy theo thời gian của hệ sục khí ................. 29

Hình 1.13: Sơ đồ thiết bị sục khí cưỡng bức kiểu ống chữ U ...................................... 30
Hình 1.14: Mặt cắt mô tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sông............................... 31
Hình 1.15: Mặt bằng mô tả hệ thống xử lý nước U-Tube trên sông ........................... 32
Hình 1.16: Dàn pin NLMT trên nóc nhà Bộ Công Thương ......................................... 33
Hình 1.17: Dàn pin NLMT tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình .................... 33
Hình 1.18: Dàn pin NLMT trên đảo Trường Sa ............................................................ 34
Hình 2.1 : Phạm vi nghiên cứu và điểm lấy mẫu tại Cầu Lủ ....................................... 42
Hình 2.2: Thiết bị lấy mẫu nước kiểu ngang .................................................................. 46
Hình 2.3: Hình ảnh lấy mẫu thực tế................................................................................. 46
Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm .......................................................................................... 48
Hình 3.1: Giá trị pH và DO của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô .... 51

v


Hình 3.2: Giá trị TSS của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô .............. 52
Hình 3.3: Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ............. 53
Hình 3.4: Giá trị BOD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ............. 54
Hình 3.5: Giá trị NH4+ của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ............. 55
Hình 3.6: Giá trị NO3- của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch trong mùa khô ............. 55
Hình 3.7: Giá trị PO43- của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô .............. 56
Hình 3.8: Giá trị Cl - của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô .................. 57
Hình 3.9: Giá trị Coliform của các mẫu quan trắc trên sông Tô Lịch mùa khô ........ 57
Hình 3.10: Giá trị pH và DO các mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch trong mùa
mưa ...................................................................................................................................... 58
Hình 3.11: Giá trị TSS các mẫu nước quan trắc sông Tô Lịch trong mùa mưa ....... 59
Hình 3.12: Giá trị COD của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mù a mưa ............ 60
Hình 3.13: Giá trị BOD5 của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa ........... 60
Hình 3.14: Giá trị NH4+ của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa............. 61
Hình 3.15: Giá trị NO3- của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch vào mùa mưa ............. 62

Hình 3.16: Giá trị PO4 3- của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa.................... 62
Hình 3.17: Giá trị Cl - của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa ........................ 63
Hình 3.18: Giá trị Coliform của các mẫu quan trắc sông Tô Lịch mùa mưa ............. 63
Hình 3.19: Nguyên tắc hoạt động của máy sục khí ngầm ............................................ 64
Hình 3.20: Máy sục khí ngầm .......................................................................................... 65
Hình 3.21: Nồng độ và hiệu suất xử lý COD theo thời gian ........................................ 68
Hình 3.22: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ axit oxalic và thời gian ..................... 69
Hình 3.23: Hiệu suất xử lý COD theo pH và thời gian ................................................. 70
Hình 3.24: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ H 2 O2 và thời gian .............................. 71
Hình 3.25: Hiệu suất xử lý COD theo nồng độ Fe 3+ ..................................................... 72
Hình 3.26: Bản đồ tiềm năng NLMT tại Việt Nam năm 2017 .................................... 74

vi


Hình 3.27: Bức xạ NLMT trong ngày theo từng tháng ở Việt Nam ........................... 77
Hình 3.28: Các loại mô hình 1 trục và 2 trục định hướng theo vị trí mặt trời ........... 77
Hình 3.29: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời ................. 79
Hình 3.30: Đường đi bộ dọc theo sông Tô Lịch ............................................................ 83
Hình 3.31: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời ................. 79
Hình 3.32: Sơ đồ hệ thống máy sục khí sử dụng pin năng lượng mặt trời ................. 85

vii


MỞ ĐẦU
Việt Nam là nước đang phát triển và định hướng của Việt Nam sẽ trở thành
nước công nghiệp hóa. Theo đó, áp lực phát triển công nghiệp gây tác động rất lớn
đến môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Các cơ sở sản xuất, doanh nghiệp
đang đầu tư rất lớn vào sản xuất, đã và đang xả thải nước thải chưa qua xử lý, hoặc

xử lý chưa triệt để vào các thủy vực, gây ô nhiễm môi trường nước tại các sông nội
đô. Hệ thống lưu vực sông Tô Lịch bao gồm khu vực thượng nguồn nằm ở phía Tây
và Tây Bắc của trung tâm thành phố Hà Nội, khu vực trung tâm thành phố Hà Nội
và khu vực hạ nguồn nằm ở phía Nam và Đông Nam của thành phố Hà Nội. Hệ
thống lưu vực sông Tô Lịch nằm trong vùng giới hạn bởi hai hệ thống đê bao là đê
tả của sông Hồng và đê hữu của sông Nhuệ, với diện tích lưu vực là khoảng 77,5
km2. Hiện nay tất cả các dòng sông thuộc khu vực trung tâm TPHN hay còn gọi tắt
là sông nội đô Hà Nội đều đang bị ô nhiễm nặng do tải lượng lớn của các chất hữu
cơ (CHC), chất vô cơ, vi sinh vật (VSV), kim loại nặng (KLN)… Ngoài ra các con
sông nội đô Hà Nội đều có mầu đen đặc (do lượng CHC cao trong nước), bốc mùi
hôi thối (mùi khí H2S) và gây ảnh hưởng trực tiếp đến vệ sinh môi trường, cảnh
quan đô thị cũng như sức khỏe của người dân sống dọc theo sông.
Hiện nay, xử lý nước thải với các đặc tính ô nhiễm chất hữu cơ bằng biện
pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường và được ứng dụng
nhiều ở các nước trên thế giới. Đây là công nghệ xử lý nước thải dựa trên hoạt động
của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải mang lại hiệu quả
cao, chi phí hợp lý, dễ dàng vận hành. Phương pháp điển hình để đưa oxy từ khí
quyển vào trong nước có thể kể đến là phương pháp sục khí sử dụng máy thổi hoặc
máy nén không khí. Tuy nhiên, nồng độ oxy hòa tan trong nước bị chi phối bởi các
yếu tố điển hình là nhiệt độ và áp suất, trong đó yếu tố nhiệt độ là yếu tố rất khó
kiểm soát trong các hệ hở. Vì vậy, trong trường hợp muốn cải thiện hiệu suất của
quá trình hòa tan oxy vào nước thường có thể lựa chọn phương án thay đổi áp suất
sục khí, đạt được khi tiến hành sục khí ở các độ sâu khác nhau so với bề mặt của
khối nước.

1


Hiện nay các nguồn năng lượng truyền thống, sẵn có trong tự nhiên đang dần
cạn kiệt, suy giảm nghiêm trọng. Nếu con người không có những thay đổi kịp thời

thì trong tương lai không xa nhân loại sẽ rơi vào tình trạng bất ổn về kinh tế, chính
trị, xã hội, ô nhiễm môi trường nặng nề hơn. Năng lượng mặt trời là năng lượng
sạch có tiềm năng nhất trên Trái Đất. Việc khai thác loại năng lượng này đang được
nghiên cứu và triển khai ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới trong đó có Việt
Nam.
Xuất phát từ những thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý ô
nhiễm chất hữu cơ tại sông Tô Lịch bằng hệ thống sục khí sử dụng pin năng
lượng mặt trời” là rất cần thiết để cơ sở nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm chất
hữu cơ theo hướng bền vững và thân thiện với môi trường mà không cần đưa thêm
hóa chất vào môi trường bằng cách sử dụng hệ thống sục khí. Để phát triển theo
hướng bền vững thì tác giả nghiên cứu khả năng thay thế của việc sử dụng điện
năng cho máy sục khí sang dùng pin năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng.
Tuy nhiên do giới hạn về thời gian cũng như về tài chính nên luận văn chỉ tập trung
nghiên cứu các kịch bản có thể xảy ra khi sử dụng pin NLMT thay thế cho điện
năng truyền thống. Luận văn tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:
 Đánh giá được thực trạng và chất lượng nước sông Tô Lịch.
 So sánh phương pháp xử lý ô nhiễm CHC bằng hệ thống sục khí và phương
pháp sử dụng hợp chất chứa sắt.
 Nghiên cứu giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời thay thế việc sử dụng
điện cho hệ thống sục khí theo các kịch bản mùa khô và mùa mưa.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội của thành phố Hà Nội
1.1.1 Tổng quan về điều khiện tự nhiên của TPHN
1.1.1.1 Vị trí địa lý
Nằm chếch về phía tây bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông
Hồng, Hà Nội có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ

kinh Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà
Nam, Hòa Bình phía Nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên phía Đông, Hòa
Bình cùng Phú Thọ phía Tây. Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8
năm 2008, thành phố có diện tích 3.324,92km 2, nằm ở cả hai bên bờ sông Hồng,
nhưng tập trung chủ yếu bên hữu ngạn [27].
Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang
Đông với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển. Nhờ phù sa bồi
đắp, ba phần tư diện tích tự nhiên của Hà Nội là đồng bằng, nằm ở hữu ngạn sông
Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác [27].
1.1.1.2 Khí hậu
Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu Hà Nội có đặc trưng nổi bật là
gió mùa ẩm, nóng và mưa nhiều về mùa hè, lạnh và ít mưa về mùa đông; được chia
thành bốn mùa rõ rệt trong năm: Xuân, Hạ, Thu, Đông. Ranh giới phân chia bốn
mùa chỉ có tính chất tương đối, vì Hà Nội có năm rét sớm, có năm rét muộn, có năm
nóng kéo dài, nhiệt độ lên tới 40°C, có năm nhiệt độ xuống thấp dưới 5°C [26].
Hà Nội quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời khá dồi dào. Tổng
lượng bức xạ trung bình hàng năm khoảng 120 kcal/cm², nhiệt độ trung bình năm
24,9°C, độ ẩm trung bình 80 - 82%. Lượng mưa trung bình trên 1700mm/năm
(khoảng 114 ngày mưa/năm) [26].

3


1.1.1.3 Thủy văn
Sông Hồng là con sông chính của thành phố, bắt đầu chảy vào Hà Nội ở
huyện Ba Vì và ra khỏi thành phố ở khu vực huyện Phú Xuyên tiếp giáp Hưng Yên
rồi xuôi về Nam Định. Sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km, chiếm khoảng một
phần ba chiều dài của con sông này trên đất Việt Nam. Ngoài ra, trên địa phận Hà
Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Đuống, sông Cầu… Các sông nhỏ
chảy trong khu vực nội thành như sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu,... là những đường

tiêu thoát nước thải của Hà Nội [27].
Do quá trình đô thị hóa mạnh mẽ từ năm 1990 đến nay, phần lớn các sông hồ
Hà Nội đều rơi vào tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do lượng nước thải chưa qua
xử lý xả thẳng ra môi trường quá lớn. Năm 2015, chỉ tính riêng trong khu vực nội
đô, mỗi ngày lượng nước thải xả thẳng ra hệ thống sông hồ vào khoảng 650.000
m3/ngày. Sông Tô Lịch, trục tiêu thoát nước thải chính của thành phố, hàng ngày
phải tiếp nhận khoảng 250.000 m³ nước thải xả thẳng xuống dòng sông mà không
hề qua xử lý. Tương tự, sông Kim Ngưu nhận khoảng 125.000 m³ nước thải sinh
hoạt mỗi ngày. Sông Lừ và sông Sét trung bình mỗi ngày cũng đổ vào sông Kim
Ngưu khoảng 110.000 m³. Lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp này đều có
hàm lượng hóa chất độc hại cao. Các sông mương nội và ngoại thành, ngoài vai trò
tiêu thoát nước còn phải nhận thêm một phần rác thải của người dân và chất thải
công nghiệp. Những làng nghề thủ công cũng góp phần vào gây nên tình trạng ô
nhiễm này [27].
1.1.2 Tổng quan về điều kiện kinh tế xã hội của TPHN
1.1.2.1 Dân số
Tính đến năm 2018, dân số Hà Nội là 8.215.000 người, 55% dân số (tức 4,5
triệu người) sống ở thành thị, 3,7 triệu người sống ở nông thôn (45%). Mật độ dân
số trung bình của Hà Nội là 2.505 người/km². Mật độ dân số cao nhất là ở quận
Đống Đa lên tới 35.341 người/km², trong khi đó, ở những huyện ngoại thành
như Sóc Sơn, Ba Vì, Mỹ Đức, Ứng Hòa mật độ dưới 1.000 người/km² [27].

4


1.1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế
Tình hình phát triển công nghiệp của các tỉnh trên lưu vực là
không đồng đều, các cơ sở sản xuất công nghiệp, khu công nghiệp và cụm công
nghiệp tập trung chủ yếu tại Hà Nội với 4 nhóm ngành có ý nghĩa then chốt là: cơ kim khí, dệt - da - may, chế biến lương thực thực phẩm và đồ điện - điện tử. Sản
lượng sản xuất công nghiệp của thành phố Hà Nội chiếm tới 85,8% tổng sản xuất

công nghiệp toàn lưu vực sông Nhuệ Đáy.
Tổng lượng nước thải của khu vực trung tâm thành phố Hà Nội năm 2013
xấp xỉ 795.000 m3/ngày, trong đó lượng NTSX bao gồm NTCN và NTDV là
490.410 m3/ngày. Lượng NTCN ước tính năm 2011 là 100.000m 3/ngày và chỉ có
khoảng 30% là được xử lý. Ước tính, năm 2013 lưu lượng xả NTCN là khoảng
117.774 m3/ngày, và NTDV là 337.136 m3/ngày. Tỷ lệ đóng góp các loại hình nước
thải khu trung tâm thành phố Hà Nội được mô tả trong hình 1.1. Trong đó tỷ lệ
NTDV là cao nhất, chiếm tới 47%, sau đó là NTSH là 37%, NTCN chỉ đóng góp
15%, NTBV có tỷ lệ đóng góp thấp nhất chỉ là 2% so với tổng lưu lượng xả thải.
Hà Nội hiện có 1.350 làng có nghề, trong đó có 244 làng nghề truyền thống.
Lưu vực sông Nhuệ có khoảng 39 làng nghề gồm có các làng nghề ươm tơ, dệt vải;
làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, dược liệu; làng táichế phế liệu; làng
nghề thủ công mỹ nghệ, thêu ren; làng nghề vật liệu xây dựng,khai thác đá, làng
nghề cơ kim khí Thanh Thùy... và các làng nghề khác.
Tốc độ đô thị hóa nhanh, sự phát triển mạnh của các ngành công nghiệp
cùng sự gia tăng mật độ dân số là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nguồn nước tại
Hà Nội. Ô nhiễm nguồn nước gây ra nhiều hệ lụy xấu ảnh hưởng trực tiếp đến đời
sống và sức khỏe của người dân thủ đô. Theo báo cao của Sở Tài Nguyên và Môi
Trường Hà Nội, lượng nước thải mà cư dân thủ đô cùng các nhà máy công nghiệp,
tiểu thủ công nghiệp thải ra mỗi ngày lên đến 300.000 tấn. Trong lượng nước thải
này chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, cụ thể mỗi năm,

5


lượng chất thải thải ra các sông ngòi, ao hồ tự nhiên là 3.600 tấn hữu cơ, 317 tấn
dầu mỡ, hàng chục tấn kim loại năng, dung môi cùng nhiều kim loại khác.
1.2 Tổng quan về hiện trạng môi trường của sông Tô Lịch
1.2.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình của sông Tô Lịch
Sông Tô Lịch bắt nguồn từ cống Phan Đình Phùng (quận Ba Đình), chảy qua

mương Thụy Khuê và chạy dọc đường Thụy Khuê về phía chợ Bưởi, cắt ngang qua
đường Lạc Long Quân rồi tới đường Hoàng Quốc Việt (HQV). Bắt đầu từ điểm
HQV, trên bản đồ thành phố Hà Nội, được coi là điểm lộ diện của sông Tô Lịch,
chiều rộng của sông tại đây là khoảng 30m, mực nước sông ở mức cao có thể đạt tới
3m. Tiếp theo, sông chạy dọc đường Bưởi tới Cầu Giấy (CGI), rồi sau đó chạy dọc
theo đường Láng, ngang qua điểm giao với đường Trần Duy Hưng (TDH) cho tới
điểm cắt ngang đường Nguyễn Trãi tại vị trí Ngã Tư Sở (NTS). Đoạn sông ở khu
vực này có chiều rộng dao động trong khoảng 30-40 m, chiều sâu từ 3-4m. Sau đó
sông tiếp tục chạy dọc đường Kim Giang, Đại Kim, Thịnh Liệt đi qua các điểm Cầu
Khương Đình (CKD), Cầu Lủ (CLU), Cầu Dậu (DAU) về phía Nam thành phố. Tới
khu vực Nhà máy Sơn Hà Nội, sông Tô Lịch rẽ nhánh. Nhánh thứ nhất chảy sang
hướng Đông đổ về phía hồ Yên Sở, nhánh thứ 2 chảy xuôi theo hướng Nam qua
Đập Thanh Liệt (DTL) và đổ vào sông Nhuệ.
Đối với nhánh sông Tô Lịch chảy về phía hồ Yên Sở, sông chảy qua địa phận
của xã Thịnh Liệt, phường Hoàng Liệt, xã Tam Hiệp. Tại khu vực thôn Yên Ngưu,
xã Tam Hiệp, sông lại tiếp tục rẽ thành 2 nhánh, một nhánh chạy tiếp về hướng
Đông đổ vào hồ Yên Sở, nhánh còn lại chạy theo hướng Nam qua địa phận các xã
Tứ Hiệp, Vĩnh Quỳnh, Ngũ Hiệp (huyện Thanh Trì) và cuối cùng cũng đổ vào sông
Nhuệ.
Khu vực thượng lưu của sông Tô Lịch (từ HQV đến NTS) tiếp nhận nước
thải từ các khu vực quận Ba Đình, quận Cầu Giấy, quận Đống Đa, quận Thanh
Xuân, một phần quận Hai Bà Trưng. Khu vực hạ lưu (từ NTS đến DTL) tiếp nhận

6


nước thải của quận Hoàng Mai và các xã Thịnh Liệt, Tam Hiệp, Tứ Hiệp, Vĩnh
Quỳnh, Đông Mỹ (huyện Thanh Trì).
Từ cuối những năm 1990, sông Tô Lịch bắt đầu được nạo vét đáy sông, kè
bờ, để làm sạch và chống lấn chiếm. Giai đoạn từ năm 2009 đến nay, sông Tô Lịch

và các sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu đều được nạo vét. Quá trình xây dựng
thành phố đã cống hóa một đoạn sông khá dài của sông Tô Lịch, khiến trên bản đồ
điểm lộ diện của sông Tô Lịch bắt đầu từ HQV và sông trở thành giống như dòng
sông cụt và từ nhiều năm nay nó chỉ có vai trò như kênh thoát nước cấp I của HTTN
thải khu vực trung tâm thành phố Hà Nội. TLV sông Tô Lịch được chia nhỏ thành 9
tiểu khu tiêu thoát và được xả vào 7 đoạn sông. Tổng lưu lượng nước thải xả vào
sông Tô Lịch năm 2013 ước tính xấp xỉ 382.000 m 3/ngày đêm, trong đó lượng
NTSH là khoảng 140.000 m3/ngày đêm, NTSX là khoảng 236.000 m3/ngày đêm và
NTBV là khoảng 6.000 m3/ngày đêm (bao gồm cả hướng thoát nước từ hạ lưu sông
Lừ).
1.2.2 Thực trạng nguồn thải sông Tô Lịch tiếp nhận
Khu vực thượng lưu của sông Tô Lịch (từ HQV đến NTS) tiếp nhận nước
thải từ các khu vực quận Ba Đình, quận Cầu Giấy, quận Đống Đa, quận Thanh
Xuân, một phần quận Hai Bà Trưng. Khu vực hạ lưu (từ NTS đến DTL) tiếp nhận
nước thải của quận Hoàng Mai và các xã Thịnh Liệt, Tam Hiệp, Tứ Hiệp, Vĩnh
Quỳnh, Đông Mỹ (huyện Thanh Trì).
Nguồn nước cấp chủ yếu cho hệ thống sông Tô Lịch là nước mưa, NTSH và
NTSX. Dọc theo sông Tô Lịch có rất nhiều cống xả nước thải vào sông với lưu
lượng khác nhau. Chế độ thủy văn của sông Tô Lịch rất phức tạp, mùa mưa, dòng
chảy biến động mạnh mẽ theo thời gian và không gian. Khi có mưa mực nước sông
dâng lên rất nhanh, nước chảy tràn trên các đường phố, ngõ xóm. Nước tập trung
chảy vào các hệ thống cống, kênh mương và xả vào sông Tô Lịch. Khi mực nước
tại DTL nhỏ hơn 3,5m, nước từ sông Tô Lịch sẽ thoát qua DTL chảy vào sông
Nhuệ. Khi mực nước lớn hơn 3,5m, DTL đóng lại, nước bị ứ đọng hoặc dồn ngược

7


chảy về phía hồ Yên Sở. Tại khu vực hồ Yên Sở, hệ thống bơm chủ động bơm nước
thẳng ra sông Hồng, tiêu thoát nước cho khu trung tâm TPHN. Như vậy đoạn sông

Tô Lịch từ vị trí ngã ba Nhà máy Sơn Hà Nội cho tới vị trí tiếp giáp với hồ Yên Sở
(đoạn cuối của sông Sét và sông Kim Ngưu), có chế độ thủy văn hai chiều. Tuy
nhiên từ khi có trạm bơm Yên Sở, phần lớn dòng chảy đoạn này theo hướng Đông
về phía hồ Yên Sở.
Nước trên sông Tô Lịch thực chất là loại nước thải hỗn hợp giữa NTSH,
NTSX và NTBV, chất lượng nước sông Tô Lịch hiện nay đã không đáp ứng được
yêu cầu về chất lượng cho nước tưới. Thêm vào đó, HTTN thải của khu vực trung
tâm TPHN là HTTN kết hợp tiêu thoát cho cả NTSH, NTSX, NTBV và nước mưa,
do vậy chất lượng nước trên sông Tô Lịch không chỉ phụ thuộc vào lưu lượng nước
thải, tính chất và thành phần của nước thải mà còn có sự phụ thuộc theo mùa [4].
Chất lượng nước trên sông Tô Lịch bị ô nhiễm chủ yếu là do nguồn NTSX,
ngoại trừ thông số P ts bị chi phối bởi nguồn NTSH. Tổng thải lượng COD của nước
thải xả vào sông Tô Lịch là 79 tấn/ngày, trong đó phát sinh do nguồn NTSX là 51
tấn/ngày và do nguồn NTSH là 28 tấn/ngày. Tỷ lệ đóng góp thải lượng chất ô nhiễm
của nguồn NTSX chiếm từ 64,6% (đối với thông số thải lượng COD) đến 95,4 %
(đối với thông số thải lượng TSS) (Bảng 1.1; Hình1.1) [22].
Bảng 1.1: Hàm lượng và thải lượng một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch
Thông
số

Hàm lượng chất ô nhiễm (mg/L)

Thải lượng chất ô nhiễm (tấn/ngày)

NTSH

NTSX

Tô Lịch

NTSH

NTSX

Tô Lịch

BOD5

100

57,9

109,3

14,0

27,8

41,8

COD

200

115,7

206,8

28,0

51,0

79,0

TSS

50

28,9

396,1

7,0

144,3

151,3

Nts

20

11,6

28,7

2,8

8,2

11,0

P ts

4

2,3

1,8

0,56

0,14

0,7

Tổng thải lượng chất ô nhiễm tính theo COD trong sông Tô Lịch là 96,3
tấn/ngày, trong đó phần lớn nằm trong nước sông là 79 tấn/ngày, phần năm trong

8


lượng bùn trầm tích là 17,3 tấn/ngày. Tổng thải lượng chất ô nhiễm tính theo BOD 5
trong sông Tô Lịch là 45,7 tấn/ngày, trong đó thải lượng BOD5 do nước sông là
41,8 tấn/ngày, do bùn trầm tích chỉ là 3,9 tấn/ngày. Tổng thải lượng N ts trong sông
Tô Lịch là 11,5 tấn/ngày, trong đó do nước sông là 11 tấn/ngày và do bùn trầm tích
là 0,5 tấn/ngày [22].
100%

Tỷ lệ đóng góp nguồn thải

NTSH và NTSX (%)

90%
80%
70%

60%
50%
40%
30%

20%
10%
0%
BOD5

COD
NTSH

TSS

Nts

Pts

NTSX

Hình 1.1: Tỷ lệ đóng góp thải lượng theo nguồn thải
của một số chất ô nhiễm thải vào sông Tô Lịch
1.3 Tổng quan về hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Hà Nội

Trong đô thị: Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất
và gọi chung là nước thải đô thị. Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng
50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước khác, 36% là nước thải sản xuất.
Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính
chất đặc trưng của thành phố. Khoảng 65-85% lượng nước cấp cho 1 nguồn trở
thành nước thải.

9


Hình 1.2: Hệ thống thoát nước chung điển hình tại các đô thị Việt Nam
Nguồn: World Bank, 2013 [17]
Hệ thống thoát nước bề mặt được xây dựng ở hầu hết các đô thị với mục tiêu
ban đầu nhằm thu gom nước mưa và chống úng ngập. Về sau, do dân cư ngày càng
đông, các hộ gia đình cần phải thoát nước thải của mình. Nhu cầu này được đáp ứng
bởi hệ thống thoát nước mưa, và hệ thống này trở thành hệ thống thoát nước chung,
thu gom cả nước mưa và nước thải trong cùng một mạng lưới cống. Sau này, hệ
thống thoát nước riêng được xây dựng ở một số nơi ở Việt Nam, thu gom riêng
lượng nước thải và loại bỏ nước mưa và nước chảy tràn bề mặt; tuy nhiên số lượng
hệ thống thoát nước riêng hiện còn rất hạn chế.
Thành phố lớn đầu tiên ở Việt Nam phát triển hạ tầng thoát nước là Hà Nội
với hai hệ thống thu gom và xử lý nước thải phục vụ khu vực hồ Kim Liên và Trúc
Bạch, đi vào hoạt động từ năm 2005. Hai trạm này có công suất nhỏ (Kim Liên có
công suất là 3.700 m3/ngày và Trúc Bạch là 2.300 m3/ngày). Các trạm xử lý nước
thải này giúp giảm ô nhiễm cho các mương, hồ tiếp nhận nước thải và nước mưa
chưa xử lý. Hai trạm đều áp dụng công nghệ bùn hoạt tính cải tiến (A2O). Mỗi trạm
chỉ xử lý một phần nhỏ của khu vực tiêu thoát nước [17].

10

Hình 1.3: Hiện trạng quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam
Nguồn: World Bank, 2013 [17]
Nhà máy xử lý nước thải Bắc Thăng Long được xây dựng để phục vụ khu vực dân
cư có số dân dự kiến là 150.000 người. Mặc dù nhà máy đã vận hành từ năm 2009,
tuy nhiên hệ thống cống thoát nước chung để phục vụ khu vực này vẫn chưa được
thi công. Chính vì vậy phải dẫn nước thải với lưu lượng 7.000 m3 /ngày đã xử lý sơ
bộ từ một khu công nghiệp gần đó đến nhà máy Bắc Thăng Long để tiếp tục xử lý;
tuy nhiên lượng nước này chỉ đạt 17% tổng công suất thiết kế là 42.000m 3/ngày
[17].
Thành phố Hà Nội mới xây dựng nhà máy xử lý nước thải Yên Sở có công
suất 200.000 m3 /ngày áp dụng công nghệ xử lý bùn hoạt tính phản ứng theo mẻ
(SBR). Phạm vi phục vụ là tất cả các tuyến cống thoát nước dẫn đến sông Kim
Ngưu (125.000m3/ngày) và sông Sét (75.000m3/ngày). Sông Kim Ngưu và sông Sét
được sử dụng để dẫn cả nước mưa và nước thải đến nhà máy. Thời gian lưu nước
trên hệ thống cống và sông thoát nước dài khiến nồng độ BOD trong nước thải giảm
sẽ làm mất cân đối tỷ lệ giữa Cacbon và Nitơ trong nước thải thô, khiến nhà máy
gặp khó khăn trong việc đạt tiêu chuẩn xả thải đặc biệt với chỉ tiêu chất dinh dưỡng
(Nitơ) [17].

11


Bảng 1.2: Đánh giá hiệu quả xử lý của 4 nhà máy XLNT đô thị tại TPHN

Nguồn: World Bank 2013 [17]
Một số nhà máy như Kim Liên, Trúc Bạch có công suất hoạt động cao hơn
công suất thiết kế trong khi các nhà máy còn lại đều hoạt động dưới công suất thiết
kế. Nhà máy có công suất hoạt động thấp nhất là Bắc Thăng Long với công suất chỉ
đạt 18,4% do nhà máy tiếp nhận nước thải từ khu công nghiệp gần đó chứ không

phải từ khu dân sinh như dự kiến ban đầu. Đây là bằng chứng cho thấy hiệu quả đầu
tư kém do không thi công đồng bộ công trình xử lý nước thải và mạng lưới thu gom
cũng như chưa thực hiện chương trình khuyến khích thực hiện đấu nối hộ gia đình.

Hình 1.4: Công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế của 4 nhà
máy XLNT đô thị tại TPHN
Nguồn: World Bank, 2013 [17]

12


1.4 Tổng quan về ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong nước sông
1.4.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ
Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học như Cacbonhidrat, protein, chất
béo… thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công
nghiệp chế biến thực phẩm. Trong nước thaỉ sinh hoạt, có khoảng 60-80% lượng
chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân huỷ sinh học. Chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh
học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, vì khi bị phân huỷ các chất
này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nước, dẫn đến chết tôm cá.
Các chất hữu cơ bền vững Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các
chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân huỷ trong môi trường. Một số chất hữu cơ có
khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật.
Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và
từ

đó

đi

vào

cơ

thể

con

người.

Các

chất

polychlorophenol(PCPs),

polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated biphenyls), các hydrocacbon đa vòng
ngưng tụ(PAHs: polycyclic aromatic hydrocacbons), các hợp chất dị vòng N, hoặc
O là các hợp chất hữu cơ bền vững. Các chất này thường có trong nước thải công
nghiệp, nước chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích
thích sinh trưởng…). Các hợp chất này thường là các tác nhân gây ô nhiễm nguy
hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường.
Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong các dung môi hữu
cơ. Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Dầu thô có chứa hàng ngàn các
phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các Hidro cacbon có số cacbon từ 2 đến 26.
Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại. Các loại dầu nhiên liệu
sau tinh chế (dầu DO2, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác còn chứa các chất độc
như PAHs, PCBs,…Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong
môi trường nước. Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không
giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ.

13