Nghiên cứu, đánh giá một số chỉ tiêu ô nhiễm bằng phương pháp mô hình hóa làm cơ sở đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ vịnh cửa lục, vịnh hạ long
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.86 MB, 259 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Trần Đức Dũng
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ô
NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA,
LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI
THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ
VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải
Mã số: 9520320 -2
LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Hà nội, năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Trần Đức Dũng
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ô
NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA,
LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI
THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ
VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải
Mã số: 9520320 -2
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1.
GS.TS Trần Hiếu Nhuệ
2.
PGS.TS. Trương Văn Bốn
Hà nội, năm 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu, kết
quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào khác.
Tác giả
Trần Đức Dũng
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu của
tác giả, cùng với sự giúp đỡ vơ cùng q báu, tận tình của Thầy giáo hướng dẫn,
cơ sở đào tạo, cơ quan chủ quản, các thế hệ nhà khoa học đi trước và các đồng
nghiệp.
Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo, GS.TS.NGND Trần Hiếu Nhuệ và
PGS. TS Trương Văn Bốn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình thực
hiện Luận án.
Xin cám ơn Bộ mơn Cấp thốt nước, Khoa Kỹ thuật môi trường, Khoa Sau
đại học, Trường Đại học Xây dựng và các chuyên gia, đồng nghiệp đã tạo điều
kiện, hỗ trợ giúp đỡ NCS trong quá trình thực hiện chương trình học tập tại
trường.
Xin cám ơn Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động (nay là Viện KHKT
An toàn vệ sinh lao động Việt Nam), với sự tạo điều kiện cho quá trình học tập
nghiên cứu; đồng thời hỗ trợ thực hiện Đề tài: “Nghiên cứu, mô phỏng và đánh giá
lan truyền một số kim loại nặng nguồn gốc công nghiệp gây ô nhiễm môi trường
nước ven biển Vịnh Hạ Long”, bước đầu đã tạo tiền đề cho hướng nghiên cứu của
Luận án.
Xin cám ơn Lãnh đạo Phịng thí nghiệm Trọng điểm quốc gia về Động lực
học Sông biển- Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, các đồng nghiệp, chuyên gia tại
Trung tâm Động lực học sông biển đã đóng góp những ý kiến quý báu, đồng thời
hỗ trợ tác giả về bản quyền phần mềm được sử dụng trong quá trình thực hiện
Luận án này.
Xin chân thành cám ơn đến Công ty CP Kỹ thuật môi trường Đô thị và
nông thôn (CEETRA), bạn bè và gia đình đã đồng hành cùng tác giả trong suốt
thời gian làm Luận án này.
Trân trọng cám ơn.
Tác giả
Trần Đức Dũng
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................................................ i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT……………………………............vi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ......................................................................................... xii
MỞ ĐẦU........................................................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN VÀ CÁC
NGHIÊN CỨU VỀ Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN................................................................ 7
1.1. Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển trên thế giới
..........................
1.1.1. Một số khái niệm, định nghĩa..................................................................................... 7
1.1.2. Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển trên thế giới
........................................................................................................................................................................ 8
1.2. Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam.............11
1.2.1. Các nguồn thải tại vùng ven biển Việt Nam.................................................. 11
1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển ở Việt Nam........................................... 15
1.3. Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm vùng biển Việt Nam.....................19
1.3.1. Các nghiên cứu áp dụng chỉ số chất lượng nước, tổng hợp phân tích
kết quả quan trắc, đo đạc................................................................................................... 19
1.3.2. Nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn áp dụng cho ơ nhiễm biển ven bờ..
..................................................................................................................................................................... 22
1.3.3. Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám đánh giá chất lượng nước ven bờ
..................................................................................................................................................................... 26
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm nước vịnh Cửa Lục..................... 27
1.4.1. Khái quát chung khu vực nghiên cứu............................................................... 27
1.4.2. Tình hình nghiên cứu về chất lượng nước vịnh Cửa Lục..................32
1.4.3 Hướng phát triển, nghiên cứu những vấn đề trọng tâm của Luận án
..................................................................................................................................................................... 36
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHU
VỰC VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG............................................................................. 38
2.1
Sức chịu tải môi trường và khả năng tự làm sạch của lưu vực.........38
2.1.1 Cơ sở ước tính tải lượng các nguồn thải khu vực................................... 39
2.1.2 Dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh.................................................................... 47
2.1.3 Các tính tốn về sức tải mơi trường khu vực nghiên cứu..................47
2.1.4 Đánh giá khả năng tự làm sạch của thuỷ vực.............................................. 49
2.2
Các nguồn thải chính ra vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long.............................. 50
2.2.1. Nguồn thải sinh hoạt từ khu vực dân cư và du lịch................................ 50
iv
2.2.2. Nguồn thải từ hoạt động công nghiệp.............................................................. 53
2.2.3. Nguồn thải từ hoạt động chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản.............56
2.2.4. Nguồn thải từ các hoạt động giao thông vận tải, cảng biển.............56
2.2.5. Nguồn tác động từ hoạt động lấn biển và rửa trơi đất.......................... 57
2.3
Mơ hình dịng chảy và tải lượng ô nhiễm trên lưu vực- SWAT..........58
2.3.1 Cân bằng nước trên lưu vực..................................................................................... 59
2.3.2 Q trình dịng chảy trong hệ thống sông...................................................... 61
2.3.3 Ý nghĩa của việc sử dụng mơ hình SWAT........................................................ 63
2.4
Các mơ hình số phục vụ mơ phỏng chất lượng nước............................... 63
2.4.1 Mơ hình EFDC (Mỹ)........................................................................................................... 63
2.4.2 Mơ hình Delft3D-WAQ (Hà Lan)................................................................................ 64
2.4.3 Mơ hình MIKE21 (Đan Mạch)...................................................................................... 66
2.4.4 Mơ hình khuyếch tán POL-2D................................................................................... 68
2.4.5 Mơ hình của nhóm các tác giả Đại học khoa học tự nhiên.................69
2.4.6 Phân tích lựa chọn mơ hình tính tốn chất lượng nước......................69
2.5. Mạng lưới quan trắc chất lượng nước các sông và vịnh cửa Lục - vịnh Hạ Long 71
2.6. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của thủy vực........................... 72
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH
CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG....................................................................................................... 74
3.1.
Tải lượng ô nhiễm hiện tại và dự báo tải lượng ô nhiễm đổ vào vịnh
Cửa Lục...................................................................................................................................................... 74
3.1.1 Tải lượng chất gây ô nhiễm hiện tại.................................................................... 74
3.1.2 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm...................................................................... 81
3.1.3 So sánh tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh và đưa vào vịnh ở hiện tại (năm
2018) và dự báo (năm 2030).................................................................................................... 87
3.2
Thiết lập mơ hình tính tốn............................................................................................ 88
3.2.1 Tài liệu sử dụng.................................................................................................................. 88
3.2.2 Xây dựng lưới tính............................................................................................................ 89
3.2.3 Hiệu chỉnh mơ hình thủy lực..................................................................................... 89
3.2.4 Hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước................................................................ 93
3.3
Mô phỏng hiện trạng 2018 (Scenario 1)................................................................ 99
3.3.1 Thủy động lực...................................................................................................................... 99
v
3.3.2Mơ hình chất lượng nước ............................
3.4 Kịch bản mơ phỏng dự báo đến 2030 (Scenario 2) ........................................
3.4.1Nhóm các chất hữu cơ .................................
3.4.2Nhóm dinh dưỡng ........................................
3.4.3Nhóm kim loại nặng .....................................
3.5 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) và dự báo
(2030)...................................................................................................................
3.5.1 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) ..................
3.5.2 Dự báo tổng lượng chất gây ơ nhiễm tích lũy trong nước biển và khả năng tiếp
nhận đến 2030 ......................................................................................................
CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN
VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC- VỊNH HẠ LONG ...................................................
4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp .................................................................................
4.1.1
Cơ sở khoa học: .............................................
4.1.2
Cơ sở thực tiễn ...............................................
4.2 Nhóm giải pháp phi cơng trình ......................................................................
4.2.1
Tăng cường thể chế và chính sách ................
4.2.2
Điều chỉnh các quy hoạch phát triển và quy hoạ
4.2.3
Hoàn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo
nguồn thải ............................................................................................................
4.2.4
Sử dụng các công cụ kinh tế mơi trường .......
4.2.5
Xã hội hố bảo vệ mơi trường vịnh, thông
nâng cao nhận thức và xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ mơi trường vịnh .............
4.3 Nhóm giải pháp cơng trình ............................................................................
4.3.1
Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: .............
4.3.2
Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm l
KẾT LUẬN .............................................................................................................
KIẾN NGHỊ.............................................................................................................
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.........................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................
PHỤ LỤC..................................................................................................................
D
Ký hiệu
T
ASEAN
A
S
BOD5
B
COD
C
CLN
DO
D
EFDC
E
GIS
G
GESAMP
G
A
P
GPA
HSCTM
H
C
IMO
In
KLN
MODIS
M
S
NASH
N
c
NBVB
NOAA
N
vii
Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia
Ơ nhiễm mơi trường biển;
ONMTB
RACE
Rapid Assessment Coastal
Environment
Phương pháp đánh giá
nhanh môi trường ven biển
SST
Se
SWAT
So
TIE
To
TTB
TSS
To
UNEP
Un
Pr
UNCLOS
Un
of
XLNT
HRU
DHI
Da
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng
1.1: Một số đặc trưng hình thái các sơng trong lưu v
Bảng
1.2: Đặc trưng dịng chảy theo tần suất các sông khu
Bảng
1.3: Đặc điểm phân phối dịng chảy năm trên các sơng k
Bảng 2.1- Một số nguồn thải chính gây ơ nhiễm vùng nước biển ven bờ
Bảng 2.2: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt và hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 2.3: Thành phần nước thải một số ngành cơng nghiệp điển hình
Bảng 2.4: Tải lượng thải đơn vị do chăn nuôi (kg/năm)
Bảng 2.5: Hệ số phát thải từ nuôi thủy sản
Bảng 2.6: Đơn vị thải lượng ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/m2/ ngày mưa)
Bảng 2.7: Tỷ lệ rửa trôi các chất gây ô nhiễm từ các nhóm nguồn thải ven bờ
Bảng
2.8: Hiện trạng các khu xử lý chất thải rắn đang tiếp nhận
phố Hạ Long
Bảng
2.9: Tổng lượng nước thải của một số xã, phường xả thả
Bảng
2.10: Thải lượng trạm xử lý nước thải quanh vịnh c
Bảng
2.11: Một số nguồn phát sinh nước thải công nghiệp kh
Bảng
2.12: Sản lượng than khai thác trên địa bàn thành p
Bảng
2.13: Mạng lưới các điểm quan trắc môi trường nư
Bảng 2.14: Tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam với các thơng số tính tốn
Bảng 3.1: Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt chưa xử lý
Bảng 3.2: Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt, du lịch của người dân trong khu
vực năm 2018 (tấn/năm)
Bảng 3.3: Lượng nước thải và đất đá thải từ hoạt động ngành than trong khu vực
vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (triệu m3)
Bảng 3.4: Thành phần trung bình nước thải ngành than trong khu vực vịnh cửa Lụcvịnh Hạ Long
Bảng 3.5: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực
vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng 3.6: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu
vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
ix
Bảng 3.7: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động công nghiệp khu vực
vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng 3.8: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vịnh cửa Lục
(tấn/năm)
Bảng 3.9: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động nuôi thuỷ sản trong khu
vực vịnh cửa Lục (tấn/năm)
Bảng 3.10: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động của tàu thuyền phục
vụ du lịch trong khu vực vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng 3.11: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ tiểu khu vực thành phố Hạ Long
và huyện Hoành Bồ (tấn/năm)
Bảng 3.12: Tổng tải lượng chất gây ô nhiễm đưa vào vịnh từ tiểu khu vực Hoành Bồ,
TP Hạ Long và từ trên vịnh Cửa Lục (tấn/năm)
Bảng 3.13: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm từ sinh hoạt của dân cư và khách du
lịch khu vực vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
Bảng 3.14: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu
vực Vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng 3.15: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ công nghiệp thực phẩm
khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng 3.16: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nguồn công nghiệp năm
2030 (tấn/năm)
Bảng 3.17: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn từ chăn nuôi khu vực vịnh cửa
Lục (tấn/năm)
Bảng 3.18: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn từ nuôi thuỷ sản khu vực vịnh
cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
Bảng 3.19: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm (tấn/năm) phát sinh từ khu vực vịnh
cửa Lục năm 2030
Bảng 3.20: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm đưa vào vịnh từ tiểu khu vực thành
phố Hạ Long và trên vịnh năm 2030 (tấn/năm)
Bảng 3.21: So sánh tải lượng các chất ô nhiễm trên vịnh cửa Lục hiện tại và dự báo
đến 2030 (tấn/năm)
x
Bảng 3.22- Bộ thơng số lựa chọn của mơ hình thủy lực
Bảng 3.23. Các thông số trong modun ECOLAB của mơ hình MIKE
Bảng 3.24: Tổng lượng chất gây ơ nhiễm tối đa trong phạm vi xác định của vịnh cửa
Lục có thể chấp nhận được theo TCVN
Bảng 3.25: Khối lượng chất gây ơ nhiễm tích lũy trong nước biển vịnh Cửa Lục, mùa
mưa và mùa khô 2017
Bảng 3.26: Khối lượng chất gây ơ nhiễm có thể chấp nhận thêm mà không gây ô
nhiễm môi trường theo TCVN
Bảng 3.27: Khả năng tiếp nhận (tấn/ngày) và khả năng đạt tải tại vịnh cửa Lục
Bảng 3.28: Khối lượng chất gây ơ nhiễm tích lũy trong nước biển vịnh Cửa Lục, mùa
mưa và mùa khô năm 2030
Bảng 3.29: Khối lượng chất gây ô nhiễm có thể chấp nhận thêm mà khơng gây ơ
nhiễm mơi trường mùa khô, mùa mưa năm 2030
Bảng 3.30: Khả năng tiếp nhận (tấn/ngày) và khả năng đạt tải tại vịnh cửa Lục năm
2030
Bảng 4.1- Tổng hợp các thông số ô nhiễm, nguồn thải và các khu vực bị ô nhiễm
nghiêm trọng tại khu vực nghiên cứu
Bảng 4.2- Danh mục các cơng trình xử lý nước thải tập trung sẽ xây dựng tại khu vực
nghiên cứu
Bảng PL 2.1: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 11/2017
Bảng PL 2.2: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 5/2018
Bảng PL 3.1: Kết quả đo lưu lượng đo tại cầu Bãi Cháy 2 đợt đo
Bảng PL 3.2: Mực nước đo tại cầu Bãi Cháy 2 đợt đo
Bảng PL 3.3: Vận tốc thực đo trạm giữa vịnh Cửa Lục
Bảng PL4. 1: Các thông số thổ nhưỡng để mô phỏng thủy văn trên vịnh Cửa Lục
Bảng PL 4. 2: Các loại hình sử dụng đất trên vịnh Cửa Lục
Bảng PL 4. 3: Thông tin về các tập tin dữ liệu thời tiết
Bảng PL5. 1: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm phát sinh từ sinh hoạt của người dân trong
khu vực năm 2018 (tấn/năm)
Bảng PL5. 2: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm phát sinh từ khách du lịch trong khu vực
năm 2018 (tấn/năm)
xi
Bảng PL5. 3: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than
khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng PL5. 4: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp
thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng PL5. 5: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động công
nghiệp khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long
Bảng PL5. 6: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn ni trong khu
vực Hạ Long (tấn/năm)
Bảng PL5. 7: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn ni trong khu
vực Hồng Bồ (tấn/năm)
Bảng PL5. 8: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản
trong khu vực Hạ Long (tấn/năm)
Bảng PL5. 9: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh do ni trồng thủy sản
trong khu vực Hồnh Bồ (tấn/năm)
Bảng PL5 .10: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh từ hoạt động của tàu
thuyền phục vụ du lịch trong khu vực vịnh Hạ Long (tấn/năm)
Bảng PL5. 11: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào
khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm)
Bảng PL5. 12: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm nguồn gốc từ công nghiệp đưa
vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm)
Bảng PL5. 13: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào
khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm)
Bảng PL5. 14: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm nguồn trực tiếp trên vịnh đưa
vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm)
Bảng PL5. 15: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm phát sinh từ sinh hoạt của người dân
trong khu vực năm 2030 (tấn/năm.)
Bảng PL5. 16: Tính tốn tải lượng ơ nhiễm phát sinh từ khách du lịch trong khu vực
năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 17: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành
than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 18: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp
thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
xii
Bảng PL5. 19: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong
khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 20: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong
khu vực Hồng Bồ năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 21: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản
trong khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 22: Tính tốn tải lượng chất gây ơ nhiễm phát sinh do ni trồng thủy sản
trong khu vực Hồnh Bồ năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 23: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào
khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm)
Bảng PL5. 24: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào
khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm)
xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước biển ven bờ
Hình 1.2. Chỉ số COD trong nước biển ven bờ
+
Hình 1.3. Diễn biến hàm lượng NH4 trung bình trong nước biển ven bờ tại một số
khu vực ven biển giai đoạn 2010 -2014
Hình 1.4. Vị trí địa lý vịnh Cửa Lục và phụ cận trên ảnh vệ tinh
Hình 2.1. Sơ đồ luồng các nguồn phát thải và tải ơ nhiễm
Hình 2.2. Một số cơng trình cấp nước sinh hoạt đơ thị và cơng nghiệp quanh vịnh
Cửa Lục
Hình 2.3. Trạm xử lý nước thải Licogi Cột 5- cột 8
Hình 2.4. Sơ đồ chu trình thủy văn trong pha đất
Hình 2.5. Chu trình Nitơ
Hình 2.6. Chu trình Photpho
Hình 2.7. Sơ đồ các quá trình diễn ra trong dịng chảy
Hình 2.8. Vị trí các điểm quan trắc mơi trường
Hình 3.1. Vị trí nghiên cứu và địa hình miền tính tốn
Hình 3.2. Vị trí trạm đo thủy văn
Hình 3.3. So sánh mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Bãi Cháy (tháng 11)
Hình 3.4. So sánh vận tốc thực đo và tính tốn trạm V (tháng 11)
Hình 3.5. So sánh mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Bãi Cháy (tháng 5)
Hình 3.6. So sánh vận tốc thực đo và tính tốn trạm V (tháng 5)
Hình 3.7. So sánh hàm lượng trầm tích lơ lửng trạm Bãi Cháy
Hình 3.8. So sánh độ mặn tháng 11/2017
Hình 3.9. So sánh hàm lượng BOD5 tháng 11/2017
Hình 3.10. So sánh hàm lượng Mn tháng 11/2017
Hình 3.11. So sánh hàm lượng Fe tháng 11/2017
Hình 3.12. So sánh hàm lượng BOD5 tháng 5/2018
Hình 3.13. So sánh hàm lượng Fe tháng 5/2018
Hình 3.14. So sánh hàm lượng Mn tháng 5/2018
Hình 3.15. Trường dịng chảy triều lên, mùa khơ thời kỳ nước lớn
Hình 3.16. Trường dịng chảy triều xuống, mùa khơ thời kỳ nước lớn
xiv
Hình 3.17. Trường dịng chảy thời kỳ nước rịng, mùa khơ
Hình 3.18. Trường dịng chảy triều lên, mùa mưa thời kỳ nước lớn
Hình 3.19. Trường dịng chảy triều xuống, mùa mưa thời kỳ nước lớn
Hình 3.20. Giá trị vận tốc tại một số vị trí trên vịnh thời kỳ mùa khơ
Hình 3.21. Giá trị vận tốc tại một số vị trí trên vịnh thời kỳ mùa mưa
Hình 3.22. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.23. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa mưa
+
Hình 3.24. Phân bố nồng độ NH4 lớn nhất trong mùa mưa
+
Hình 3.25. Phân bố nồng độ NH4 lớn nhất trong mùa khơ
-
Hình 3.26. Phân bố nồng độ NO3 lớn nhất trong mùa mưa
-
Hình 3.27. Phân bố nồng độ NO3 lớn nhất trong mùa khơ
3-
Hình 3.28. Phân bố nồng độ PO4 lớn nhất trong mùa mưa
3-
Hình 3.29. Phân bố nồng độ PO4 lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.30. Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa mưa
Hình 3.31. Độ dày trầm tích lơ lửng lớn nhất mùa mưa
Hình 3.32. Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa khơ
Hình 3.33. Độ dày trầm tích lơ lửng lớn nhất mùa khơ
Hình 3.34. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa mưa
Hình 3.35. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.36. Phân bố nồng độ Mn lớn nhất trong mùa mưa
Hình 3.37. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.38. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa mưa
+
Hình 3.39. Phân bố nồng độ NH4 lớn nhất trong mùa mưa
+
Hình 3.40. Phân bố nồng độ NH4 lớn nhất trong mùa khơ
-
Hình 3.41. Phân bố nồng độ NO3 lớn nhất trong mùa mưa
-
Hình 3.42. Phân bố nồng độ NO3 lớn nhất trong mùa khơ
3-
Hình 3.43. Phân bố nồng độ PO4 lớn nhất trong mùa mưa
3-
Hình 3.44. Phân bố nồng độ PO4 lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.45. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa mưa
Hình 3.46. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa khơ
Hình 3.47. Phân bố nồng độ Mn lớn nhất trong mùa mưa
Hình 4.1. Các khu vực bị ơ nhiễm nghiêm trọng tại khu vực nghiên cứu
xv
Hình 4.2. Thiết bị mơ tả cơng nghệ AAO-MBBR
Hình 4.3. Cấu tạo Module FRP-MBBR-100 (ví dụ điển hình)
Hình 4.4. Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải FRP-MBBR
Hình 4.5. Thiết bị mơ tả q trình xử lý keo tụ - lắng lamen - lọc mangan
Hình 4.6. Cấu tạo hệ lọc Nanofilter-NF (ví dụ điển hình)
Hình 4.7. Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải ngành than
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Vấn đề ô nhiễm môi trường biển từ lâu đã là vấn đề mang tính chất
tồn cầu. Nó khơng chỉ dừng lại ở các khu vực bị ơ nhiễm mà cịn mang
tính chất vùng, miền, xuyên quốc gia. Đây là những thách thức rất lớn đối
với sự duy trì, phát triển bền vững của các vùng, các quốc gia có biển.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu đánh giá ơ nhiễm mơi trường biển theo
nhiều hướng tiếp cận khác nhau. Tuy nhiên, tại Việt Nam, những nghiên cứu đánh
giá các quá trình lan truyền chất, sức tải mơi trường…vẫn đang cịn khá hạn chế.
Điều này có thể cải thiện với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ môi
trường hiện nay, việc nghiên cứu trên vùng biển diện rộng thuận lợi hơn nhờ công
nghệ viễn thám, GIS kết hợp các cơng nghệ tính tốn mơ phỏng hiện đại.
Vịnh Cửa Lục là một vịnh nhỏ thông ra vịnh Hạ Long thuộc tỉnh Quảng Ninh. Vịnh có
chế độ thủy động lực phức tạp, chịu ảnh hưởng của cả chế độ thủy triều từ biển và
dịng chảy từ sơng. Bên cạnh đó, xung quanh vịnh và trên vịnh hiện đang có khá nhiều
hoạt động phát triển kinh tế - xã hội như cảng biển, khu đô thị, các nhà máy xi măng,
nhiệt điện, khai thác khoáng sản, … Số liệu quan trắc môi trường nước của Sở Tài
nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh cho thấy, sự phát triển kinh tế - xã hội quanh
vịnh Cửa Lục đã có những động đáng kể đến môi trường nước vịnh. Vấn đề đánh giá và
xác định các cơ sở khoa học về mức độ tác động của các hoạt động xung quanh vịnh
Cửa Lục đến môi trường nước để đảm bảo phát triển bền vững là rất cần thiết.
Trong nhiều năm qua, một số cơng trình nghiên cứu đến mối quan hệ giữa phát
triển kinh tế - xã hội và diễn biến chất lượng môi trường vịnh Cửa Lục đã được thực
hiện. Các dự án đã sử dụng quan điểm lưu vực trong kiểm kê các nguồn và thải
lượng chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên chưa có cơng trình nào nghiên cứu tổng hợp
trên cơ sở kết hợp đặc điểm lưu vực và các quy hoạch, phát triển trong nghiên cứu
phục vụ đánh giá mơi trường vịnh Cửa Lục. Cũng chưa có nghiên cứu nào về khả
năng chịu tải của vịnh Cửa Lục. Bên cạnh đó, đã có một số cơng trình nghiên cứu
về xói mịn, bồi lắng và ơ nhiễm mơi trường nước vịnh Cửa Lục, song chưa nghiên
cứu nào đi sâu đánh giá và xác định cơ sở khoa học về độ nhạy cảm xói mịn của
cảnh quan sau khai thác than liên quan đến bồi lắng trong vịnh Cửa Lục, trong khi
đó, xói mịn, bồi lắng và ơ nhiễm mơi trường nước là những yếu tố quan trọng đe
doạ sự phát triển bền vững của lưu vực và vịnh Cửa Lục trong giai đoạn hiện nay.
Từ những vấn đề nêu trên cho thấy việc nghiên cứu, đánh giá sức tải, các q trình
trao đổi nước ảnh hưởng đến ơ nhiễm mơi trường và đề xuất giải pháp cải thiện chất
lượng nước trong khu vực vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long là cần thiết. Việc nghiên cứu
thành công các nội dung trên sẽ có ý nghĩa khoa học cũng như thực tiễn, phục vụ công
2
tác quản lý phát triển bền vững môi trường vịnh cửa Lục nói riêng, các vịnh
và mơi trường ven biển nói chung. Đây cũng chính là mục tiêu khi thực hiện
Đề tài Luận án: “Nghiên cứu, đánh giá một số chỉ tiêu ơ nhiễm bằng phương
pháp mơ hình hóa, làm cơ sở đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng
nước biển ven bờ Vịnh Cửa Lục, Vịnh Hạ Long, Quảng Ninh”.
2. Mục đích, nội dung nghiên cứu
Mục tiêu luận án:
- Xác lập hiện trạng (năm 2018) về chất lượng nước biển ven bờ vịnh Cửa Lục-vịnh
+
-
Hạ long thông qua 06 chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước (BOD5, NH4 , NO3 , PO4
3-
, Fe, Mn);
- Dự báo (đến năm 2030) sự thay đổi chất lượng nước biển ven bờ,
đánh giá sức tải môi trường vịnh Cửa Lục (theo các quy hoạch phát triển
KTXH, quy hoạch bảo vệ môi trường đã được phê duyệt);
- Đề xuất được các giải pháp để quản lý, kiểm soát, giảm thiểu, cải thiện ô
nhiễm môi trường nước biển ven bờ khu vực Vịnh Cửa Lục - Vịnh Hạ Long.
Các nội dung nghiên cứu bao gồm:
Nội dung 1: Tổng quan hiện trạng, thống kê tải lượng thải của các
nguồn thải từ sông, nhà máy, khu công nghiệp, nguồn từ giao thông, dân
cư khu vực liên quan đổ vào vịnh Cửa Lục- vịnh Hạ Long;
Nội dung 2: Xác định hiện trạng chất lượng nước khu vực nghiên cứu:
- Thu thập dữ liệu tại vịnh Cửa Lục: địa chất, địa hình, khí tượng thủy văn, thủy
động lực, các nguồn xả thải (nhà máy, khu công nghiệp, các nhánh sơng đổ vào...);
- Lập mơ hình mơ phỏng điều kiện biên của vịnh Cửa Lục và vùng ven
bờ vịnh Hạ Long; đo thực tế thủy hải văn và lưu lượng tại 02 mặt cắt sông
Diễn Vọng (cầu Bang) và eo Cửa Lục (cầu Bãi Cháy);
- Quan trắc thực tế chất lượng nước tại vịnh Cửa Lục và vùng ven bờ
vịnh Hạ Long: lập mạng lưới điểm quan trắc, thực hiện quan trắc (2 đợt:
tháng 11/2017 và tháng 5/2018; mỗi đợt 02 lần đo tại đỉnh triều và chân triều);
- Chạy mơ hình mơ phỏng, kiểm định, hiệu chỉnh và các kịch bản mơ phỏng.
Nội dung 3: Phân tích, đánh giá sự biến đổi chất lượng nước từ năm
2011 đến 2018; và dự báo khả năng thay đổi về tải lượng của các thông
số ô nhiễm, dựa vào Quy hoạch kinh tế xã hội (đến năm 2030);
Nội dung 4: Xác định ngưỡng chịu tải của vịnh Cửa Lục: xác định năng lực môi
trường và đánh giá khả năng tự làm sạch tự nhiên, sức tải môi trường của vịnh;
3
Nội dung 5: Đề xuất các giải pháp phi công trình (quản lý, chính sách), giải
pháp cơng trình (các cơng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ xử lý
nước thải công nghiệp - khai thác than...) để áp dụng tại khu vực nghiên cứu.
Sơ đồ khối khi thực hiện 5 nội dung nghiên cứu thuộc Luận án như sau:
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước biển ven bờ tại vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ
Long, Quảng Ninh. Trong phạm vi luận án, chất lượng nước biển ven bờ
được đánh giá thông qua 06 chỉ tiêu: nhu cầu oxy hóa sinh hóa trong 5
+
-
3-
ngày (BOD5); hàm lượng các chất dinh dưỡng (NH 4 ; NO3 , PO4 ), hàm
lượng kim loại nặng (Fe, Mn) có trong nước biển ven bờ.
Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi địa lý: Khu vực liên quan đến dòng chảy: toàn bộ vịnh Cửa Lục (bao
gồm các nguồn đổ trực tiếp xuống vịnh, 5 nhánh sông và lưu vực liên quan), vịnh Hạ
long (bán kính 1.5 km từ vị trí cầu Bãi cháy- vị trí từ vịnh Cửa Lục đổ ra vịnh Hạ Long);
- Phạm vi vấn đề nghiên cứu: quá trình nghiên cứu sự lan truyền
chất trong nước biển ven bờ, giới hạn trong việc vận chuyển và khuếch
tán vật chất theo dòng chảy tổng hợp;
- Phạm vi thời gian nghiên cứu: từ năm 2011 đến 2018 và dự báo đến năm 2030.
4. Cơ sở khoa học
4
Cơ sở khoa học để tiếp cận vấn đề nghiên cứu: DPSIR (Driving ForcesPresssure – State – Impact – Response), được diễn giải như sau: Động lực -> Áp lực->
Hiện trạng-> Tác động-> Đáp ứng.
Cụ thể: Các bước phát triển kinh tế, xã hội (Động lực) -> Có các
nguồn nước thải vào (Áp lực)-> Các yếu tố chất lượng nước trong vùng
nghiên cứu (Hiện trạng)-> Tác động của các nguồn thải khi vào hiện trạng
(Tác động)-> Đề xuất các giải pháp cải thiện (Đáp ứng)
Đề tài thực hiện quan trắc, phân tích các chỉ tiêu ơ nhiễm của các mẫu
nước tại cửa sông, vịnh Cửa lục và nước biển ven bờ để cập nhật các thơng số
cho mơ hình. Ứng dụng phần mềm SWAT, Mike 21/3 Ecolab để mô phỏng tính
tốn các kịch bản (phát triển KTXH, sự cố mơi trường, biến đổi khí hậu, nước
biển dâng…). Trên cơ sở điều kiện hiện trạng, quy hoạch phát triển KTXH của
khu vực, đề tài đánh giá khả năng chịu tải của vịnh Cửa Lục. Sau đó, đề xuất
một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm đối với môi trường nước vịnh Cửa Lục và
nước biển ven bờ vịnh Hạ Long. Sơ đồ tổng quát theo hình dưới đây:
5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu như sau:
5
- Phương pháp kế thừa: kế thừa các kết quả đánh giá diễn biến chất
lượng môi trường của các đề tài trước đây, các kết quả quan trắc môi
trường nước biển vịnh Cửa Lục- Vịnh Hạ Long của Sở Tài nguyên môi
trường tỉnh Quảng Ninh và Ban quản lý dự án Vịnh Hạ Long;
- Phương pháp hồi cứu: các số liệu, bài báo khoa học của các tác giả đã
đã công bố như việc phân vùng chỉ số chất lượng nước của Vịnh Hạ long, số
liệu các thí nghiệm lắng đọng, quang hợp, khuếch tán, phân hủy tại khu vực
vịnh Hạ long và các tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu;
- Phương pháp khảo sát đo đạc tại hiện trường: thực hiện 02 đợt quan trắc,
phân tích các mẫu nước biển tại khu vực vịnh Cửa Lục (11/2017 và 05/2018), đo
đạc thủy hải văn và lưu lượng, lấy số liệu để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình;
- Phương pháp thí nghiệm trong phịng thí nghiệm: Mẫu nước được đo đạc và phân
tích tuân theo các tiêu chuẩn Việt nam và Quốc tế. Kết quả phân tích được thực hiện từ
phòng thử nghiệm - Trung tâm phân tích FPD, Tp. Hạ Long, Quảng Ninh và phịng Phân
tích chất lượng môi trường- Công ty CP Kỹ thuật môi trường Đại Việt.
- Phương pháp so sánh - tổng hợp: so sánh các kết quả đạt được của
luận án với các kết quả hiện có của các đề tài đã được thực hiện;
- Phương pháp mơ hình mơ phỏng: ứng dụng phần mềm SWAT,
MIKE21 Ecolab để mô phỏng hệ thống lan truyền ô nhiễm chất lượng
nước ven biển tại khu vực vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long;
- Phương pháp chuyên gia: hỏi ý kiến với các chuyên gia về đánh giá
hiện trạng chất lương nước biển ven vờ khu vực vịnh Cửa Lục- vịnh Hạ
Long, đề xuất những biện pháp cải thiện hiệu quả chất lượng môi trường
nước ven biển, tổ chức hội thảo của Luận án.
6. Những đóng góp mới
Các đóng góp mới của Luận án:
- Đã xác lập được nền hiện trạng chất lượng nước biển về 06 chỉ tiêu đánh giá
chất lượng nước tại vịnh Cửa Lục- vịnh Hạ Long (04/06 chỉ tiêu đã vượt tải, bao gồm
+
3-
BOD5(114,41%), NH4 (528,65%), PO4 (170,81%), Fe (241,14%)); đánh giá
được hiện trạng mức độ ơ nhiễm tại các vị trí trong khu vực nghiên cứu
(02 khu vực: KV ô nhiễm nghiêm trọng 1 và KV ô nhiễm nghiêm trọng 2);
- Đã đánh giá sức tải môi trường khu vực vịnh Cửa Lục- vịnh Hạ Long, có dự báo
đến năm 2030 thơng qua mơ hình tốn (có 4 thơng số dự báo vượt tải là
+
3NH4 , PO4 , Fe, Mn);
6
- Đã đề xuất các giải pháp quản lý, chính sách và công nghệ kỹ thuật xử lý nước để
bảo vệ môi trường nước tại khu vực nghiên cứu (xử lý nước thải sinh hoạt (theo hướng
kết hợp xử lý tập trung và xử lý phân tán), xử lý nước thải hầm lò mỏ than...).
Ý nghĩa khoa học:
- Luận án đã xác lập được hiện trạng của nước biển ven bờ tại khu vực Vịnh
Cửa Lục - Vịnh Hạ Long thông qua các bộ số liệu được kế thừa và số liệu khảo
sát đo đạc tại thời điểm hiện tại và kết quả mơ phỏng mơ hình chất lượng nước;
- Luận án đã đánh giá được sức tải môi trường tại thời điểm hiện tại
(năm 2018) và đưa ra các cơ sở để dự báo sức tải vịnh Cửa Lục (năm 2030);
- Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương pháp luận để xác định
ngưỡng chịu tải của các vịnh kín, áp dụng trước hết cho vịnh Cửa Lục.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Luận án đã xác lập bức tranh tồn cảnh về nhóm 06 chỉ tiêu chất
lượng nước biển tại vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ long, đánh giá được hiện
trạng mức độ ô nhiễm tại các vị trí trong khu vực;
- Luận án đã đánh giá sức tải mơi trường khu vực vịnh Cửa Lục, có dự
báo đến năm 2030 thơng qua mơ hình tốn, làm cơ sở và cung cấp thông tin
cho công tác quản lý, sử dụng môi trường nước biển vịnh Cửa Lục;
- Luận án đã đề xuất sử dụng các giải pháp tổng hợp: giải pháp phi
cơng trình (nhóm giải pháp chính sách, quản lý) và giải pháp cơng trình
(nhóm giải pháp kỹ thuật) áp dụng tại khu vực nghiên cứu.
Cấu trúc chính của Luận án như sau:
- MỞ ĐẦU;
- CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN
VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN;
- CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI LƯỢNG MÔI
TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG;
- CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN
VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG;
- CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC
BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG;
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ;
- TÀI LIỆU THAM KHẢO; 05 PHỤ LỤC.
