(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông Cầu Bây – Hà Nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ N
ÔNG NGHIỆP VÀ
PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM
CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI,
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ N
ÔNG NGHIỆP VÀ
PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM
CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI,
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP

Chuyên ngành: Môi trường Đ ất và Nước
Mã số: 62-85-02-05

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS Vũ Đức Toàn

2. PGS.TS Nguyễn Phương Mậu


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Phương Quý

iii


LỜI CÁM ƠN
Tác giả xin trân trọng cám ơn PGS.TS. Vũ Đức Toàn, PGS.TS. Nguyễn Phương Mậu
và các cán bộ bộ môn Quản lý Môi trường, Khoa Môi trường và các thành viên trong
các hội đồng bảo vệ Tiểu luận tổng quan, chuyên đề, hội thảo khoa học đã đóng góp ý
kiến cho nghiên cứu của tơi. Tơi cũng xin được cảm ơn ban lãnh đạo Công ty Cổ phần
Đầu tư Xây dựng và Thương mại Phú Điền, Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Môi
trường SFC Việt Nam đã tạo cho tơi có điều kiện được thực hiện các nghiên cứu thực
nghiệm thuận lợi. Xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt là gia đình đã ln
động viên, tạo điều kiện cho tơi hồn thành Luận án Tiến sĩ này.


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................................viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT...................................................ix

MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1. Tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu....................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................3
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.............................................................................4
3.1.
Đối tương nghiên cứ u...............................................................................4
3.2.
Pha vi nghiên cứ u..................................................................................4
m
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................4
5. Nô dung nghiên cứ u............................................................................................5
i
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................................... 6
6.1.
Ý nghĩa khoa học....................................................................................... 6
6.2.
Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................... 6
7. Cấu trúc của luận án.............................................................................................. 6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................. 8
1.1 Hiện trạng, kết quả nghiên cứu trước đây về sơng Cầu Bây.............................8
1.2 Lịch sử hệ thống thốt nước, thu gom nước thải đô thị.................................. 12
1.2.1 Ở các nước trên thế giới.......................................................................... 12
1.2.2 Tại Việt Nam và lưu vực sông Cầu Bây.................................................. 15
1.3 Các thông số ô nhiễm chủ yếu, các quy định về chất lượng môi trường........18
1.3.1 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước thải đô thị và của nước thải lưu
vực sông Cầu Bây................................................................................................18
1.3.2 Các quy định chất lượng nước và trầm tích sơng, nước thải, bùn thải.....22
1.3.2.1 Chất lượng nước sông.......................................................................... 22
1.3.2.2 Chất lượng trầm tích............................................................................ 23

1.3.2.3 Chất lượng nước thải sau xử lý............................................................ 23
1.3.2.4 Chất lượng bùn thải từ quá trình xử lý nước thải................................25
1.4 Đặc tính chung của nước thải đơ thị, đặc thù tại Việt Nam............................25
1.4.1 Đặc tính chung của nước thải đô thị........................................................ 25
1.4.2 Đặc thù nước thải đô thị Việt Nam.......................................................... 28
1.5 Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đô thị............................................. 34
1.5.1 Các công nghệ xử lý nước thải đô thị trên thế giới.................................. 34
1.5.2 Các công nghệ xử lý nước thải đô thị đang áp dụng tại Việt Nam...........38
1.6 Kết luận Chương 1.........................................................................................44
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN, GIẢ THUYẾT, PHƯƠNG
TIỆN NGHIÊN CỨU.................................................................................................. 46
2.1 Các cơ sở khoa học........................................................................................ 46


2.1.1

Cơ sở q trình xử lý thơng số COD, BOD5.................................................................. 46


2.1.2 Cơ sở q trình xử lý thơng số TN, NH3........................................................................... 47
2.1.3 Cơ sở q trình xử lý thơng số TP:..........................................................48
2.1.4 Cơ sở q trình xử lý thơng số SS và PCB..............................................49
2.1.5 Cơ sở thực tiễn các công nghệ đã áp dụng tại Việt Nam..........................50
2.1.6 Các quá trình phản ứng, cơ sở tính tốn thiết kế cơng nghệ SBR............56
2.1.6.1 Mơ tả cơng nghệ SBR...........................................................................56
2.1.6.2 Cơ sở tính tốn thiết kế công nghệ SBR...............................................60
2.2 Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở........................63
2.2.1 Mô tả nhà máy xử lý nước thải Yên Sở...................................................63
2.2.2 Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở.................67

2.3 Giả thuyết trên cơ sở khoa học và từ thực tiễn, thiết lập quy trình cơng nghệ 69
2.3.1
Các giả thuyết.................................................................................................69
2.3.2 Mơ tả mơ hình được thiết lập cho cơng nghệ mới (L-SBR).....................70
2.4 Trình tự thực hiện và mơ tả các thí nghiệm....................................................73
2.5 Các phương tiện, mơ hình thí nghiệm............................................................75
2.5.1 Vị trí, thời gian lấy mẫu...........................................................................75
2.5.2 Phương tiện đo đạc, lấy mẫu hiện trường................................................76
2.5.3 Tính tốn thiết kế, mơ tả vận hành mơ hình bể thí nghiệm......................78
2.6 Kết luận Chương 2.........................................................................................80
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH SƠNG
CẦU BÂY................................................................................................................... 81
3.1 Lưu lượng nước thải.......................................................................................81
3.2 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước sông Cầu Bây..............................82
3.3 PCB trong trầm tích sơng Cầu Bây................................................................84
3.3.1 Hiện trạng ô nhiễm PCB trong trầm tích sông Cầu Bây..........................84
3.3.2 Đánh giá thành phần các đồng phân của PCB trong trầm tích sơng Cầu
Bây..........................................................................................................88
3.4 Khả năng ảnh hưởng đến sinh thái do tồn lưu PCB trong trong trầm tích sơng
Cầu Bây..........................................................................................................89
3.5 Nước thải lưu vực sông Cầu Bây....................................................................90
3.6 Kết luận Chương 3.........................................................................................93
CHƯƠNG 4
KẾ T QUẢ NGHIÊN CỨ U VỀ GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ...........94
4.1 Kết quả các thí nghiệm nghiên cứu, thảo luận................................................94
4.1.1 Nghiên cứu biến thiên hiệu suất xử lý N trong quá trình điều chỉnh MLSS
và lưu lượng xử lý tại nhà máy XLNT Yên Sở....................................................94
4.1.2 Thí nghiệm 1: xác định MLSS tối ưu cho xử lý TN khi không bổ sung C
từ bên ngồi.............................................................................................96

4.1.3 Thí nghiệm 2: nghiên cứu hiệu suất xử lý các thơng số bởi mơ hình LSBR khi duy trì MLSS ở mức tối ưu.....................................................100


4.2

Tính tốn thiết kế, đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng công nghệ LSBR...
........................................................................................................................109
4.3 Kết luận Chương 4.......................................................................................114
KẾ T LUÂN VÀ KIẾ N NGHI.................................................................................116
1.
Kết quả đạt được của luận án.......................................................................116
1.1.
Kết quả đạt được trong nghiên cứu tổng quan.......................................116
1.2.
Kết quả đạt được trong nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn, giả thuyết
.................................................................................................................116
1.3.
Kết quả đạt được trong nghiên cứu về nước và trầm tích sơng Cầu Bây117
1.4.
Kết quả đạt được trong nghiên cứu giải pháp cơng nghệ.......................117
2.
Những đóng góp mới của luận án.................................................................118
3.
Hướng nghiên cứu tiếp theo.........................................................................118
4.
Kiến nghi......................................................................................................118
DANH MỤC CƠNG TRÌNH, BÀI BÁO ĐÃ CƠNG BỐ.........................................119
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................120
PHỤ LỤC..................................................................................................................129

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1. Bản đồ lưu vực sơng Cầu Bây.....................................................................11
Hình 1-2 Mơ hình giếng tách (CSO) và hệ thống thu gom chung...............................13
Hình 1-3. Thành phần các chất ơ nhiễm chủ yếu trong các nguồn nước thải...............20
Hình 1-4. BOD5 và các tỷ lệ với TN, TP của nước thải các nhà máy XLNT Việt Nam
.......................................................................................................................................33
Hình 1-5. Phân bố số lượng, % các nhà máy XLNT Việt Nam theo BOD5:TN...........33
Hình 1-6. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ CAS........................................................................40
Hình 1-7. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ A2O.........................................................................40
Hình 1-8. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ OD..........................................................................40
Hình 1-9. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ TF...........................................................................41
Hình 1-10. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ SBR......................................................................41
Hình 1-11. Sơ đồ mơ tả cơng nghệ hồ.........................................................................41
Hình 2-1. Sơ đồ xử lý P trong q trình bùn hoạt tính.................................................49
Hình 2-2. Phân bố số lượng, công suất các công nghệ áp dụng tại Việt Nam..............53
Hình 2-3. Suất chiếm đất một số nhà máy XLNT tại Việt Nam..................................54
Hình 2-5. Suất đầu tư một số nhà máy XLNT tại Việt Nam........................................54
Hình 2-6. Chi phí vận hành một số nhà máy XLNT tại Việt Nam...............................55
Hình 2-7. Các pha phản ứng SBR nhóm (A) (SBR cơ bản).........................................58
Hình 2-8. Các pha phản ứng SBR nhóm (B)...............................................................58
Hình 2-9. Các pha phản ứng SBR nhóm (C): SBR cải tiến / C-Tech...........................59
Hình 2-10. Các pha phản ứng SBR nhóm (D).............................................................59
Hình 2-11. Các pha phản ứng L-SBR..........................................................................59
Hình 2-11. Ký hiệu mức nước, thời gian các pha trong chu kỳ của SBR/C-Tech........61
Hình 2-12. Các giai đoạn (pha) của SBR cơ bản và SBR/C-Tech...............................64
Hình 2-15. Sơ đồ cơng nghệ, bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT n Sở......................65
Hình 2-14. Mơ tả các pha bể SBR/C-Tech và L-SBR..................................................71
Hình 2-16. Các giai đoạn vận hành L-SBR.................................................................72
Hình 2-18 Mơ hình thí nghiệm cơng nghệ L-SBR.......................................................80

Hình 3-1. Biến thiên lưu lượng nước thải lưu vực sông Cầu Bây................................81
Hình 3-2. Nồng độ các thơng số ơ nhiễm trong nước sơng Cầu Bây...........................84
Hình 3-3. Nồng độ PCB trong các mẫu trầm tích sơng Cầu Bây.................................86
Hình 3-4. Phân bố của các DL-PCB có độc tính cao trong trầm tích sơng Cầu Bây....87
Hình 3-5. Phần trăm trung bình của PCB chỉ thị so với tổng 6 PCB...........................89
Hình 3-6. Giá trị TEQ của các mẫu trầm tích sơng Cầu Bây.......................................90
Hình 4-1. Các pha phàn ứng bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT Yên Sở.......................94
Hình 4-2. BOD5, TN của nhà máy XLNT Yên Sở trong thời gian nghiên cứu............95
Hình 4-3. TN xử lý được biến thiên theo F(N)/M tại nhà máy XLNT Yên Sở trong thời
gian nghiên cứu...........................................................................................................96


Hình 4-4. BOD5, SS, TN, MLSS trong thí nghiệm trên mơ hình SBR/C-Tech, L-SBR
.......................................................................................................................................97
Hình 4-5. SVI, MLSS trong thí nghiệm trên mơ hình SBR/C-Tech, L-SBR...............98
Hình 4-6. TN xử lý được biến thiên theo F(N)/M trong thí nghiệm trên mơ hình SBR/CTech và L-SBR............................................................................................................99
Hình 4-7. Hình ảnh thí nghiệm trên mơ hình SBR/C-Tech, L-SBR...........................100
Hình 4-8. BOD5 trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu..................101
Hình 4-9. COD trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu...................101
Hình 4-10. SS trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu.....................102
Hình 4-11. NH4+-N trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu.............102
Hình 4-12. TN trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu....................103
Hình 4-13. TP trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu.....................103
Hình 4-14. PCB trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu..................104
Hình 4-15. Biến thiên BOD5 trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu
.....................................................................................................................................105
Hình 4-16. Biến thiên NH4+-N trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu
.....................................................................................................................................105
Hình 4-17. Biến thiên TN trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR tại MLSS tối ưu...106
Hình 4-18. Biến thiên TP trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR..............................106

Hình 4-19. TN được xử lý biến thiên theo F(N)/M trong thí nghiệm trên mơ hình LSBR tại MLSS tối ưu.................................................................................................106
Hình 4-20. Hiệu suất xử lý ∑PCB trong thí nghiệm trên mơ hình L-SBR.................108
Hình 4-21. Hiệu suất xử lý PCB theo nồng độ PCB trong nước thải chưa xử lý trong
thí nghiệm trên mơ hình L-SBR................................................................................109


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Quy chuẩn cho phép đối với nước sông Cầu Bây.......................................23
Bảng 1-2. Quy chuẩn cho phép đối với nước thải sau xử lý của lưu vực sông Cầu Bây
.......................................................................................................................................24
Bảng 1-3. Phân loại 4 mức theo độ đậm đặc của nước thải sinh hoạt..........................26
Bảng 1-4. Phân loại 3 mức theo độ đậm đặc của nước thải sinh hoạt..........................27
Bảng 1-5. Tải lượng ô nhiễm theo đầu người của các nước và Hà Nội.......................27
Bảng 1-6. Đặc tính nước thải đô thị thu gom chung....................................................28
Bảng 1-7. Nồng độ các thông số theo thiết kế và thực tế vận hành trong nước thải chưa
xử lý của các nhà máy XLNT tại Việt Nam.................................................................30
Bảng 1-8. Ước tính BOD5, SS của nước thải sinh hoạt lưu vực sơng Cầu Bây...........30
Bảng 1-9. Quy trình công nghệ xử lý nước thải đô thị................................................34
Bảng 1-10. Các công nghệ xử lý sinh học...................................................................35
Bảng 1-11. Thống kê các công nghệ xử lý nước thải đô thị theo EPA.........................37
Bảng 2-1. Sự khác nhau cơ bản về pha phản ứng của các nhóm SBR.........................60
Bảng 2-2 Chu kỳ vận hành bể SBR/C-Tech của Nhà máy XLNT Yên Sở..................65
Bảng 2-3. Các thông số thiết kế và thực tế vận hành tại nhà máy XLNT Yên Sở.......66
Bảng 2-4. Khác nhau chính giữa L-SBR so với SBR cơ bản, SBR/C-Tech.................73
Bảng 2-5. Tính tốn thiết kế mơ hình SBR/C-Tech, L-SBR........................................79
Bảng 3-1. Lưu lượng nước thải lưu vực sơng Cầu Bây...............................................81
Bảng 3-2 Nồng độ trung bình 4 đợt phân tích các thơng số trong nước sơng Cầu Bây83
Bảng 3-3. PCB trong các mẫu trầm tích sơng Cầu Bây...............................................85
Bảng 3-4 Nồng độ ΣPCB trong trầm tích tại một số nơi trên thế giới.........................87
Bảng 3-5 Nồng độ DL-PCBs trong trầm tích tại một số nơi trên thế giới...................87

Bảng 3-6. Phần trăm của 6PCB chỉ thị so với PCB tổng trong một số thương phẩm. .88
Bảng 3-7. Kết quả phân tích nước thải lưu vực Sơng Cầu Bây...................................91
Bảng 4-1. Các mức MLSS tối ưu.................................................................................98
Bảng 4-2. SVI, MLSS trong thí nghiệm trên mơ hình SBR/C-Tech, L-SBR...............98
Bảng 4-3. Lượng TN được xử lý theo MLSS, F(N)/M................................................100
Bảng 4-4: Nồng độ PCB qua các cơng đoạn xử lý.....................................................108
Bảng 4-5. Tính tốn chi phí đường dùng để bổ sung nguồn C cho nhà máy XLNT Yên
Sở đạt được QCVN cột A..........................................................................................110
Bảng 4-6. Tỷ lệ f(C/N) theo kết quả thí nghiệm trên mơ hình L-SBR..........................111
Bảng 4-7. Tỷ lệ (C/N) tối ưu trong nước thải, bùn được sử dụng để xử lý N............111
Bảng 4-8. Yếu tố hiệu quả, fC/N của các công nghệ....................................................111
Bảng 4-9. TNvào tối đa để TNra đạt QCCP tương ứng tỷ lệ BOD5:TN khác nhau......112


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AS

Activated sludge: Bùn hoạt tính.

AO

Anaerobic Aerobic: Cơng nghệ gồm 2 q trình yếm khí và hiếu khí.

A2O

Anaerobic Anoxic Oxic: Cơng nghệ gồm 3 q trình yếm khí, thiết khí, hiếu khí.

bA Hệ số phân rã nội sinh tự dưỡng.
bH

Hệ số tỷ lệ hô hấp nội sinh.

BOD5

Biological Oxygen Demand: Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày.

BOD5,vào

BOD5 trong nước thải chưa xử

lý. BOD5,ra

BOD5 trong nước thải sau xử lý.

BOD5:TN Tỷ lệ nồng độ thông số BOD 5 so với thông số TN.
BOD5:TP Tỷ lệ nồng độ thông số BOD

5

so với thông số TP.

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường.
CAS

Convetional Activated Sludge: Công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính
truyền thống dạng liên tục.

C

Cacbon.

COD

Chemical Oxygen Demand: Nhu cầu oxy hoá học.

CODvào COD trong nước thải chưa xử lý.
CODra COD trong nước thải sau xử lý.
COD:BOD5 Tỷ lệ nồng độ thông số COD so với thơng số BOD 5.
CSI

Phần có thể phân hủy sinh học trong COD (mg/l)

CSO Combined Sewage Overflow: (Giếng tách) chảy tràn cống chung (hay còn gọi
là Giếng tách).
C-Tech Một kiểu công nghệ SBR cải tiến.
DL-PCB

Dioxin-like PCB: PCB đồng phẳng.

E Hiệu suất xử lý (các thông số ô nhiễm). E
với thông số BOD5.

TN

ứng với thông số TN, EBOD ứng

EPA Environmental Protection Agency (of United State): Cơ quan bảo vệ môi
trường (của Hoa Kỳ).
fC/N

Hiệu xử lý TN của từng công nghệ theo tỷ lệ

BOD5:TN. fE Phần trơ bùn vi sinh.
F/M Tỷ số thức ăn (BOD

5)

được cung cấp trên lượng vi sinh vật trong bể sục khí.

F(N)/M Tỷ số tổng N Kjeldahl được cung cấp trên lượng vi sinh vật trong bể sục khí.
HAc

Axit axetic (CH3COOH).

iSS,COD

Hệ số chuyển đổi COD trong SS (gSS/gCOD).


KCN Khu công nghiệp.
kf Hệ số nguồn tiếp nhận (áp dụng trong các QCVN).
kq Hệ số lưu lượng (áp dụng trong các QCVN)
L-SBR

(Công nghệ do nghiên cứu sinh nghiên cứu và đặt tên) Low carbon source Sequencing Batch Reactor: Giải pháp cơng nghệ cho nước thải có nguồn C
thấp, phát triển trên cơ sở cơng nghệ SBR.

M1÷11 Ký hiệu các điểm lấy mẫu trong sông Cầu Bây.
Max Maximum hay tối đa
Min Minimum hay tối thiểu

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids: hỗn hợp chất rắn (bùn hoạt tính) lơ lửng
(trong bể sục khí)
MXT

Tổng lượng bùn sinh học trong bể xử lý SBR.

N Nitơ.
Nhc N hữu cơ.
NH4+-N Nồng độ N trong amoniac.
NH4+-Nvào

NH4+-N trong nước thải chưa xử

lý. NH4+-Nra NH4+-N trong nước thải sau xử lý.
NOx

NO2- và NO3-.

NOX Khả năng nitrat hóa (mgN/l).
ORT Total Oxygen Riquirement: Tổng nhu cầu oxy.
P Phốt pho.
PAO

Phosphorus Accumulating Organisms: Vi sinh vật tích lũy P.

PBDE Chất POP: Polybrominated diphenyl ethers.
PCB Chất POP: polychlorinated biphenyl.
PCBvào PCB trong nước thải chưa xử lý.
PCBra PCB trong nước thải sau xử lý.
∑PCB Tổng PCB.

Tổng 6 PCB gồm PCB 28, 52, 101, 138, 153, 180.
PHB

poly‐β‐hydroxybutyrate.

POP

Persistent Organic Pollutant: Chất hữu cơ khó phân hủy.

PXT

Lượng bùn sinh học sinh ra (kg/ngày).

Q Lưu lượng nước thải.
QCCP Quy chuẩn cho phép – là các thông số thỏa mãn các quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện
hành (đối với trường hợp cụ thể được đề cập).
QCVN Quy chuẩn Việt Nam.
RAS

Recycle Activated Sludge: Bùn hoạt tính hồi lưu.


SBR

Sequencing Batch Reactor: Bể phản ứng theo mẻ.

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition: Hệ thống giám sát điều khiển và
thu thập dữ liệu.
SS

Suspended Solid: Chất rắn lơ

lửng. SSvào SS trong nước thải chưa xử lý.
SSra SS trong nước thải sau xử lý.
SVI Chỉ số lắng của bùn (ml/g).
TA Thời gian hiếu khí (của một chu kỳ SBR).
TAN Thời gian yếm khí (của một chu kỳ SBR).
TAOX Thời gian thiếu khí (của một chu kỳ SBR).
TC

Tổng thời gian của 1 chu kỳ bể SBR.

TCVNTiêu chuẩn Việt Nam.
TEF Toxic equipvalent factor: Hệ số độ độc tương đương.
TF Tricking filter: Lọc (sinh học) nhỏ giọt.
TN Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl).
TNvào TN trong nước thải chưa xử lý.
TNra TN trong nước thải sau xử lý.
TOC Total Organic Carbon: Tổng hàm lượng C hữu cơ.
TP Nồng độ P tổng số.
TPvào

TP trong nước thải chưa xử lý.

TPra

TP trong nước thải sau xử lý.

TS+D

Thời gian lắng + rút nước (của một chu kỳ SBR).

θEX

Tuổi bùn hiệu dụng (trong thời gian hiếu khí (TA) + thiếu khí (TAOX)

θX

Tuổi bùn tổng cộng.

UASB

Upflow anaerobic sludge blanket: bể xử lý sinh học dịng chảy ngược qua
tầng bùn kỵ khí.

US EPA United State Environmental Protection Agency: Cơ quan bảo vệ mơi trường
Hoa Kỳ.
V0 Phần thể tích bể để chứa bùn lắng (trong bể SBR).
VFA

Volatile Fatty Acids: Axit béo bay hơi.

VSV Vi sinh vật.
VT Tổng thể tích (hiệu dụng) bể SBR.
VW Tổng bùn phải thải bỏ mỗi chu kỳ (của bể SBR).
WAS Wastage Activated Sludge: Bùn hoạt tính (dư) thải sau quá trình xử lý sinh học.
X Ký hiệu nồng độ thông số ô nhiễm trong nước thải.


XFS1

Nồng độ chất rắn cố định trong nước thải vào

(mg/l). XI1

Phần trơ trong COD (mgCOD/l).

XLNT Xử lý nước thải.
XNO Nồng độ NO

3—N

trong nước thải sau xử lý (mg/l)

YA Hệ số năng suất tự dưỡng.
YH Hệ năng suất dị dưỡng.
YNA Năng suất tự dưỡng thực.
YNH

Năng suất dị dưỡng thực.


MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu
Sự phát triển của các đô thị thườ ng gắn liền với các con sơng. Lịch sử hệ thống thốt
nước và xử lý nước thải đô thị cho thấy cơ bản diễn ra theo một tiến trình chung là “ơ
nhiễm trước, xử lý sau”. Khi đô thị chưa phát triển, nước thải chưa nhiều nên các sông
tiếp nhận nước thải đô thị có khả năng tự làm sạch bằng phân hủy tự nhiên các chất ô
nhiễm. Đô thị phát triển, lượng nước thải tăng vượt quá khả năng tự làm sạch, gây ơ
nhiễm các con sơng.

Hầu như chỉ khi tình trạng ô nhiễm có tác động đáng kể đến cuộc sống thì con người
mới bắt đầu tìm kiếm giải pháp xử lý. Công tác cải thiện môi trường cho các sông ô
nhiễm thực hiện bằng thu gom nước thải, xử lý đạt quy chuẩn trước khi xả vào sông
hoặc các nguồn tiếp nhận khác.
Q trình đơ thị hóa tại Việt Nam đang diễn ra nhanh chóng hơn bao giờ hết kể từ khi
đổi mới năm 1986. Tuy nhiên, chođến nay mới chỉcó 10% lượng nước thảiđơ thị được
thu gom và xử lý, mới chỉ có khoảng 30 nhà máy xử lý nước thải (XLNT) đô thị được
xây dựng và đang vận hành. Những con sông bắt nguồn từ các khu vực trong đơ thị nay
đã trở thành nơi thốt nước thải chưa xử lý, trở thành “cống thoát chung nước thải,
nước mưa đô thị”. Sông Cầu Bây là một trong những con sơng đã trở thành “cống thốt
chung nước thải, nước mưa đô thị”, đang bị ô nhiễm nghiêm trọng.
Cầu Bây là sơng đào, các kênh nhánh phía thượng lưu bắt nguồn từ các phường Gia Thụy,
Bồ Đề, Giang Biên, Việt Hưng thuộc quận Long Biên, Hà Nội; chảy qua quận Long Biên,
huyện Gia Lâm và hạ lưu đổ vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải tại cửa xả Xuân Thụy,
xã Kiêu Kỵ, Gia Lâm, sơng có tổng chiều dài khoảng 13km. Mặc dù đang bị ô nhiễm
nhưng nước sông Cầu Bây hiện vẫn là nguồn tưới tiêu cho canh tác nông nghiệp khu
vực Long Biên – Gia Lâm, đồng thời đang là nguồn gây ô nhiễm cho hệ thống thủy
nông Bắc Hưng Hải. Hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải phục vụ việc tưới tiêu và thoát
úng cho một vùng tứ giác được giới hạn bởi sông Hồng ở phía Tây, sơng Đuống ở phía
Bắc, sơng Thái Bình ở phía Đơng, và sơng Luộc ở phía Nam có diện tích tự nhiên hơn

16


200.000ha, trong đó đất nơng nghiệp khoảng 110.000ha, dân số gần 3 triệu người, bao
gồm một phần hoặc

17

toàn bộ tỉnh Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Hà Nội. Như vậy, tình trạng ơ nhiễm
của sơng Cầu Bây đang ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn, gây ô nhiễm nguồn nước tưới
tiêu, tác động trực tiếp đến sức khỏe con người. Việc đánh giá được mức độ ô nhiễm
của sông Cầu Bây, nghiên cứu được giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho nước thải
lưu vực sông Cầu Bây có ý nghĩa quan trọng.
Quy hoạch hệ thống thốt nước lưu vực sơng Cầu Bây phù hợp với kinh nghiệm ở các
nước phát triển và đang phát triển trước Việt Nam là hệ thống thoát chung trên cơ sở
hiện trạng; hệ thống thoát riêng được xây dựng tại các khu đô thị mới, khu công
nghiệp tạo thành hệ thống thoát hỗn hợp chung và riêng. Tuy nhiên, do hệ thống thốt
nước chưa hồn chỉnh nên nước thải, nước mưa những khu được thu gom riêng cuối cùng
vẫn xả vào cống chung hiện trạng, do đó cuối cùng vẫn là cống chung.
Nước thải đơ thị nói chung gồm nhiều nguồn từ sinh hoạt hộ gia đình, văn phịng, các
cơ sở dịch vụ; từ các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm tập trung hoặc trong các chợ truyền
thống; từ các cơ sở công nghiệp tập trung đến quy mơ hộ gia đình; từ q trình chứa,
thu gom, vận chuyển, xử lý rác và các nguồn khác. Do đó tính chất, thành phần các chất
ơ nhiễm trong nước thải thải gom chung mang tính đặc thù từng đơ thị. Mặt khác, quy
định về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của các quốc
gia là khác nhau, đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận nước thải sau xử lý, nên một giải
pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với quốc gia này, địa phương này có thể sẽ
khơng phù hợp với quốc gia, địa phương khác. Vì lý do đó nên việc xác định được tính
chất của nước thải đầu vào, yêu cầu nước thải sau xử lý để có giải pháp công nghệ phù
hợp là cần thiết.
Hệ thống thu gom và nhà máy XLNT thường được xây dựng đồng thời, khó có điều
kiện để lấy mẫu phân tích xác định được đặc tính nước thải chung của tồn lưu vực cần
xử lý, trong lúc chưa có nhiều nhà máy XLNT tại Việt Nam để tham khảo. Do đó, trước
đây khi thiết kế nhà máy XLNT phải giả định các thơng số trong nước thải đầu vào nên
thường khơng chính xác. Thực tế hầu hết các nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt
Nam có nồng độ các thơng số ô nhiễm trong nước thải đầu vào chênh lệch lớn so với
giả định để tính tốn thiết kế, làm tăng chi phí vận hành, hoặc/và lãng phí đầu tư.

Lưu vực sơng Cầu Bây có vị trí địa hình đặc thù, bao bởi đê sông Hồng và sông Đuống
nên nước thải toàn lưu vực hầu như đã tập trung về sơng Cầu Bây, tạo điều kiện để có
thể lấy mẫu, phân tích xác định tính chất nước thải của lưu vực mặc dù chưa có hệ
thống thu gom tập trung. Vì vậy, một trong những mục đích của luận án là lấy mẫu
phân tích xác định tính chất nước thải của lưu vực sông Cầu Bây để nghiên cứu giải
pháp cơng nghệ xửlý phù hợp.Ngồi ra, việc nghiên cứu các yếu tố về tính phổ biến,
diện tích chiếm đất, chi phí đầu tư, vận hành của các nhà máy XLNT tại Việt Nam giúp
có thêm cơ sở trong lựa chọn công nghệ nghiên cứu.
Đô thị lưu vực sông Cầu Bây mang tính đặc trưng của một đơ thị Việt Nam nói chung,
là đơ thị đang phát triển, vừa có nơng thơn vừa có đơ thị cũ xen lẫn đơ thị mới; vừa có
nước thải sản xuất, vừa có nước thải sinh hoạt. Đặc biệt, không như một số quốc gia
khác, văn hóa sinh hoạt của người Việt Nam giữa các vùng miền cơ bản là có sự tương
đồng, do đó nước thải lưu vực sơng Cầu Bây có thể đại diện được cho tính đặc thù của
phàn lớn các đơ thị Việt Nam. Vì vậy, giải pháp cơng nghệ phù hợp cho nước thải lưu
vực sông Cầu Bây cũng sẽ phù hợp cho nhiều đô thị khác tại Việt Nam.
Luận án “Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông Cầu Bây – Hà
Nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp” đáp ứng tính cần thiết của các vấn đề
nghiên cứu.

2. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá được mức độ ơ nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước
và trầm tích sông Cầu Bây.
- Đánh giá và xác định được đặc tính chủ yếu của nước thải lưu vực sông Cầu Bây
làm cơ sở cho việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.
- Đề xuất được giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho xử lý nước
thải trên lưu vực sông Cầu Bây.


3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

3.1. Đô í tương nghiên cứ u
- Các chất ô nhiễm trong nước, trầm tích sơng Cầu Bây, trong nước thải lưu
vực sơng Cầu Bây;
- Công nghệ xử lý nước thải đô thị.
3.2. Pha
m

vi nghiên cứ u

- Phạm vi vùng nghiên cứu là toàn bộ lưu vực sơng Cầu Bây tính đến vị trí
cửa chảy vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải.
- Phạm vi chất ô nhiễm nghiên cứu là các chất hữu cơ dễ phân hủy (thông số
COD, BOD5); chất hữu cơ khó phân hủy điển hình (PCB); thơng số chất răn
lơ lửng (SS); các thông số nitơ, phốt pho (NH4+-N, TN, TP).
- Công nghệ xử lý nước thải được nghiên cứu, phát triển trên cơ sở công nghệ
được lựa chọn theo hiệu quả thực tế đang áp dụng tại Việt Nam.

4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp khảo sát, điều tra nhằm thu thập số liệu liên quan đến lưu vực
sông Cầu Bây, các nhà máy xử lý nước thải đang vận hành và chuẩn bị vận
hành tại Việt Nam nhằm đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông Cầu Bây, đặc
tính nước thải đặc thù của lưu vực sơng Cầu Bây so với các lưu vực khác và
đánh giá hiệu quả các công nghệ đang áp dụng.
- Phương pháp kế thừa và phân tích tổng hợp, thống kê các số liệu thu thập được
trong các tài liệu và các kết quả đã được nghiên cứu để rút ra các kết luận, cơ
sở cho nghiên cứu;
- Phương pháp mơ hình thực nghiệm để nghiên cứu, phát triển công nghệ và
kiểm nghiệm các kết quả nghiên cứu của luận án. Luận án này có điểm khác
biệt là ngồi mơ hình thí nghiệm, đã thực hiện nghiên cứu trên nhà máy xử lý
nước thải Yên Sở đang vận hành.

5. Nô i dung nghiên cứ u
1) Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm
chủ yếu trong nước và trầm tích sông Cầu Bây:
- Khảo sát, xác định các nguồn nước thải chính vào sông Cầu Bây, xác
định các
điểm lấy mẫu;
- Đánh giá mức độ ô nhiễm so với quy chuẩn cho phép (QCCP) về
nước mặt đối với các thông số ô nhiễm gồm COD, BOD5, SS,
NH4+-N, TN, TP, PCB bằng lấy mẫu phân tích đối với nước sơng;
- Đánh giá tồn lưu PCB bằng lấy mẫu phân tích đối với trầm tích sơng.
2) Nghiên cư ́ u, đánh giá, xác định tính chất nước
thải lưu vưc

sông Cầu Bây:

- Xác định lưu lượng nước thải lưu vực sông Câ ù Bây bằng đo đạc;
- Đánh giá mức độ ô nhiễm các thông số COD, BOD 5, SS, NH4+-N,
TN, TP, PCB so với QCCP bằng lấy mẫu phân tích hiện trường tại
điểm M10 đại diện cho nước thải lưu vực sơng Cầu Bây; xác định
tính đặc trưng của các thông số ô nhiễm so với nước thải đô thị
thông thường đã nghiên cứu và nước thải đầu vào các nhà máy
XLNT tại Việt Nam đang vận hành;
3) Nội dung nghiên cứu giải pháp công nghệ xư ̉ lý nướ c thả i phù hợp
với tính chất nước thải lưu vực sông Cầu Bây:
- Nghiên cứu lý thuyết cơ chế các quá trình phản ứng và cơ sở của
các q trình xử lý trong các cơng nghệ đang áp dụng tại Việt
Nam;
- Nghiên cứu đặc điểm các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam về

hiệu quả xử lý các thơng số, tính phổ biến, diện tích chiếm đất, suất
đầu tư, chi phí vận hành;
- Nghiên cứu các thơng số chính từ q trình vận hành tại nhà máy
XLNT Yên Sở, Hà Nội công nghệ SBR/C-Tech;
- Tính tốn thiết kế các mơ hình thí nghiệm về công nghệ nghiên cứu;


-T

xử lý các thơng số chủ yếu bằng các thí nghiệm trên mơ hình

h

cơng nghệ L-SBR và cơng nghệ so sánh, đối chứng là SBR/C-

ự

Tech.

c
n
g
h
i
ệ
m
,
n
g
h

i
ê
n
c
ứ
u
h
i
ệ
u
q
u
ả


6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Qua nghiên cứu và phân tích thực nghiệm các chất ô nhiễm chủ yếu đã đánh
giá được sông Cầu Bây bị ơ nhiễm, đặc biệt là có tồn lưu PCB ở nồng độ cao
đáng kể. Kết quả thu được có thể sử dụng để đưa ra các cảnh báo kịp thời nhằm
giảm thiểu các tác động đến môi trường và sức khỏe con người;
- Qua nghiên cứu và phân tích thực nghiệm đã đánh giá được các chất ô nhiễm
chủ yếu và đặc tính của nước thải lưu vực sơng Cầu Bây đó là nước thải có
BOD 5 thấp, TN cao; đồng thời bị ô nhiễm PCB;
- Qua nghiên cứu và ứng dụng các mơ hình thực nghiệm luận án đã xây dựng
được cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ L-SBR để xử lý nước thải
lưu vực sông Cầu Bây làm cơ sở cho ứng dụng trong thực tế.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Phát triển được giải pháp công nghệ mới L-SBR để xử lý nước thải lưu vực sơng
Cầu Bây có tính chất đặc thù BOD5 thấp, TN cao đạt QCCP cột A nhưng khơng

phải bổ sung nguồn C từ bên ngồi, tiến kiệm chi phí vận hành.

7. Cấu trúc của luận án
Cấu truć cuả Luân ań bao gồm phần mở đầu; 4 chương; phần kết luận và kiến nghị; phần
danh mục các công trình nghiên cứu đã cơng bố; tài liệu tham khảo; phục lục.
- Phần mơ ̉ đầ u: tính cần thiết của vấn đề nghiên cứu; mục đích nghiên cứu; đối
tượng và phạm vi nghiên cứu; phương pháp nghiên cứu;
nôi

dung nghiên cứ u; y

nghĩa khoa học và thực tiễn; tính mới và thực tiễn cuả luân ań ;
- Chương 1. Tô ̉ng quan cá c vấ n đề nghiên cứ u: phân tích, đánh giá các cơng
trình nghiên cứu, cać taì
liêu
đến các
nơi

đã có của các tác giả trong và ngồi nước liên quan

dung nghiên cứ u của
luân

những vấn đề mà
luân

ań ; nêu những vấn đề còn tồn tại; chỉ ra

án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết;

- Chương 2. Cơ sơ ̉ khoa học và thực tiễn, giả thuyế t, phương tiện nghiên
cứu: trình bày các cơ sở khoa học và các cơ sở qua kinh nghiệm thực tiễn để
đưa ra các lựa chọn và giả thuyết giải quyết các vấn đề cần giải quyết đối với
công nghệ.


Từ các lựa chọn và giả thuyết làm cơ sở thiết lập mơ hình cơng nghệ; tính tốn
thiết kế, chế tạo mơ hình thực nghiệm. Phần này cũng thiết lập trình tự và mơ tả
q trình thực hiện các thí nghiệm; mơ tả về phương tiện, mơ hình thực
nghiệm;
- Chương 3. Kê t́ quả nghiên cứ u về nướ c và trầm tić h sông Cầu Bây: Mô tả
các kết quả nghiên cứu, thực nghiệm về lưu lương, nồng độ các thông số ô
nhiễm trong nước và trầm tích sông Cầu Bây. Trình bàykết quả và thảo luận
theo các
dữ liệu khoa học thu được trong quá trình nghiên cứu, thực nghiệm của
luân

án.

Kết quả nghiên cứ u của chương này là cơ sở cho các nghiên cứ u trong chương 4;
- Chương 4. Kê ́t quả nghiên cứ u về giải pháp công nghệ: Mô tả các kết quả
nghiên cứu, thực nghiệm về công nghệ xử lý phù hợp cho nước thải có
BOD5/TN thấp L-SBR; Phát hiện hiệu suất xử lý chất PCB qua các pha
lỏng/rắn của giải pháp công nghệ được nghiên cứu phù hợp để xử lý nước thải
lưu vực sơng Cầu
Bây; đánh giá tính thực tiễn của giải pháp cơng nghệ qua số liệu thực nghiệm và
tính tốn. Trình bày kết quả và thảo luận theo các dữ liệu khoa học thu được
trong
quá trình nghiên cứu, thực nghiệm của

luân

án;

- Kê t́
luân

và kiến nghi;

- Danh
mu

c cá c công trinh, bài báo đã công bố ;

- Ta ì liêu tham khaỏ ;
- Các phụ lục.