Hà Nội, Thứ Tư Ngày 22/05/2019

Giải pháp bổ cập nước cho Hồ Tây theo khả năng chịu tải ô nhiễm hữu

Mtđt, 09:44 09/01/2019

Mục tiêu của bài báo là đánh giá các giải pháp bổ sung nước vào hồ Tây có thể thực hiện được trong bối cảnh hiện nay, dựa vào khả năng chịu tải ô nhiễm của hồ.

Tóm tắt: Hồ Tây có vai trò lớn trong hoạt động kinh tế xã hội của Thủ đô Hà Nội. Tuy nhiên trong nhiều năm gần đây hồ đang bị ô nhiễm và mực nước trong hồ đang bị hạ thấp dần. Việc cấp nước bổ sung để tăng cường quá trình tự làm sạch và đảm bảo mực nước cảnh quan và sinh thái cho hồ là cấp bách. Mục tiêu của bài báo là đánh giá các giải pháp bổ sung nước vào hồ Tây có thể thực hiện được trong bối cảnh hiện nay, dựa vào khả năng chịu tải ô nhiễm của hồ. Mô hình quá trình tự làm sạch nguồn nước theo thông số BOD5 được sử dụng như là một công cụ cho nghiên cứu này.

GIỚI THIỆU CHUNG

Hồ Tây là một hồ đô thị lớn nhất của Việt Nam, được hình thành từ những năm 1450 gắn với việc trị thuỷ sông Hồng và phát triển hệ thống thuỷ nông đồng bằng Bắc Bộ của cha ông ta [1]. Sau khi kè bờ, hồ có diện tích 527,517 ha, chu vi 18,9 km, dung tích khoảng 13.380.000 m3 [2]. Độ sâu trung bình của hồ khoảng 1,52 m, tối đa 34 m.

Hồ Tây có vai trò chính là hồ cảnh quan du lịch và điều hòa khí hậu cho khu vực, ngoài ra còn có hức năng bảo tồn hệ sinh vật đặc trưng. Tuy nhiên do ở khu vực có địa hình cao, khả năng điều tiết nước mưa của hồ hạn chế. Với mực nước cao và dung tích lớn, Hồ Tây cũng nên được xem xét để làm nguồn nước bổ sung để tạo dòng chảy, tăng cường làm sạch và đảm bảo cảnh quan cho các kênh hồ nội thành về mùa khô,. Ngoài ra hồ còn đóng vai trò tham gia bổ cập nước ngầm cho một số công trình cấp nước nhỏ trong khu vực. Do đặc điểm như vậy, chất lượng nước Hồ Tây cần đảm bảo các quy định loại A2 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt.

Hình 1. Bản đồ hồ Tây từ Google earth ngày 4 tháng 2 năm 2018

Hồ Tây nằm ở một trong những khu vực tập trung và phát triển nhất Hà Nội với tốc độ đô thị hóa và xây dựng mạnh. Do đó môi trường nước khu vực hồ Tây hiện nay đang bị ô nhiễm do việc tiếp nhận trực tiếp nước thải chứa các chất ô nhiễm chưa được xử lý xả vào. Nhà máy xử lý nước thải (XLNT) tập trung khu vực Hồ Tây có công suất 15.000 m3/ngày đi vào hoạt động vào năm 2014, tuy nhiên hiện nay chỉ mới thu gom được 7000 đến 10000 m3/ngày để xử lý đến mức A của QCVN 14:2008/BTNMT, sau đó xả về tuyến mương Xuân La - Xuân Đỉnh [3].

Trong những năm gần đây hồ Tây lại còn đối mặt với sự hạ thấp mực nước do sự bốc hơi trực tiếp từ bề mặt và thẩm thấu vào đất do hạ thấp tầng nước ngầm mạch nông. Sự hạ thấp này là do diện tích mặt phủ không thấm nước mưa khu vực xung quanh tăng lên do quá trình đô thị hóa. Vì vậy, bổ cập nước sạch cho hồ Tây là cần thiết để tăng cường quá trình tự làm sạch cũng như đảm bảo mực nước cảnh quan, duy trì các điều kiện sinh thái cho hồ.

Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích và đánh giá các giải pháp bổ cập nước cho hồ Tây trên quan điểm tăng cường quá trình tự làm sạch kết hợp với bảo đảm mực nước cảnh quan sinh thái cho hồ. Các giải pháp đưa ra để phân tích là các giải pháp thực tế và khả thi trong bối cảnh quản lý thoát nước mưa và nước thải hiện nay tại lưu vực Hồ Tây.

MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH NGUỒN NƯỚC ỨNG DỤNG ĐỂ NGHIÊN CỨU BỔ CẬP VÀ PHA LOÃNG NƯỚC HỒ TÂY

Tự làm sạch là tổ hợp các quá trình tự nhiên như: thuỷ động học, sinh học, hoá học, hoá lý... diễn ra trong sông hồ bị nhiễm bẩn sau khi tiếp nhận nước thải nhằm phục hồi trạng thái ban đầu. Hai quá trình cơ bản của tự làm sạch là: pha loãng nước thải với nguồn nước và chuyển hoá chất bẩn theo thời gian trong nguồn nước. Để dự báo ô nhiễm chất hữu cơ trong hồ Tây, mô hình được sử dụng là mô hình quá trình tự làm sạch theo BOD. Chất hữu cơ dễ oxy hóa sinh hóa (thông số BOD) là chất ô nhiễm đặc trưng nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt và khi vào nguồn nước, sự phân hủy của nó sẽ làm thay đổi chế độ oxy, yếu tố sinh thái tới hạn của vực nước mặt. Vì vậy thông số BOD thường được sử dụng trong các mô hình tính toán quá trình tự làm sạch và dự báo ô nhiễm sông hồ đô thị [4, 5]. Khi đề cập đến sự pha loãng nước thải trong hồ, biểu thức xác định nồng độ chất bẩn lớn nhất theo BOD5 tại điểm tính toán như sau[6]:

Trong đó : Lng –BOD5 của hồ trong vùng không tiếp nhận nước bổ cập; L0 - BOD5 của nước bổ cập; Lbs - BOD5 bổ sung do các quá trình sinh hoá khác diễn ra trong sông hồ như: sự phú dưỡng, lên men cặn đáy, cuốn trôi chất bẩn từ trên bờ xuống hồ,...; n-số lần pha loãng nước bổ cập với nước hồ ; K1 – hệ số tiêu thụ ô xy, đặc trưng cho sự phân huỷ sinh hóa chất hữu cơ trong hồ (theo logarit thập phân), ngày-1; t- thời gian nước lưu lại trong hồ.

Thông thường trong quá trình tự làm sạch nguồn nước, quá trình pha loãng nước sông hồ với nước thải được tính toán riêng rẽ theo thông số hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) [7]. Số lần pha loãng n theo SS được xác định như sau:

Trong đó: C0 và Cng là nồng độ SS trong nước thải và trong nước sông hoặc nước hồ trước khi tiếp nhận nước thải bổ cập.

Số lần pha loãng chung n theo biểu thức (2) bao gồm hai thành phần: số lần pha loãng ban đầu nđ phụ thuộc vào cấu tạo miệng xả và cách xả (bổ cập) nước thải và số lần pha loãng cơ bản nc, phụ thuộc chế độ thuỷ động học của nguồn nước. Các mối quan hệ này được biểu diễn như sau:

n=nđ.nc (3)

Hệ số K1 là đại lượng thực nghiệm phụ thuộc vào điều kiện sinh thái và chế độ thủy văn của vực nước mặt. Đối với các hồ đô thị khu vực đồng bằng Bắc bộ (ĐBBB), K1 phụ thuộc vào các yếu tố như: thời gian nước lưu lại trong hồ, hàm lượng chất bẩn (BOD5) xả vào,... và xác định theo biểu thức sau đây [8]:

K1 = 0,229 t -0,656 , ngày-1 , (4)

Trong hồ Tây, do thời gian lưu thuỷ lực lớn, hệ số K1 có thể được chọn với giá trị nhỏ, bằng 0,01ngày-1[9].

Do các quá trình như: phú dưỡng, xác chết sinh vật, chất bẩn bề mặt trôi vào,... trong hồ sẽ có một lượng ô nhiễm bổ sung. Hàm lượng chất ô nhiễm bổ sung tính theo BOD5 của các hồ nội thành ĐBBB là 2,5 - 4,5 mg/l, phụ thuộc vào vị trí, cấu tạo và thời gian nước lưu lại trong hồ [10]. Đối với hồ Tây giá trị Lbs được chọn bằng 2,5 mg/l.

Các đại lượng K1 và Lbs đã được kiểm chuẩn trong nhiều tính toán đánh giá chất lượng nước hồ đô thị khu vực ĐBBB [8] nên mô hình (1) đảm bảo độ tin cậy trong việc ứng dụng để tính toán đánh giá chất lượng nước hồ Tây theo thông số BOD5.

Khi xả liên tục nước thải vào hồ với lưu lượng và nồng độ chất bẩn ổn định theo thời gian (có trạm bơm và trạm XLNT ), quá trình lan truyền chất bẩn bền vững (thường dùng thông số SS để tính toán) trong hồ được biểu diễn bằng phương trình:

Trong đó: H-chiều sâu trung bình của hồ tại vị trí xả nước thải, m; X- khoảng cách tính từ điểm xả nước thải đến điểm tính toán, m;

Các bước tính toánx của biểu thức (8) và (9) xác định như sau:

-Khi xả (bổ cập) nước ven bờ: x = 6,53H1,167 (10)

-Khi xả (bổ cập) nước xa bờ: x = 4,41H1,,167 (11)

Trong trường hợp bổ sung nước vào hồ bằng áp lực, cống xả nước được đặt ngập, vận tốc nước thải tại miệng xả vo > 2m/s. Giữa chiều sâu đặt cống xả H và đường kính miệng xả d0 có tỷ lệ : H / d0 30. Theo Lapsop N.N.,1977 [7], số lần pha loãng trong trường hợp này được xác định theo biểu thức sau:

trong đó: A- hằng số, nếu xả nước tập trung A=1 và xả nước thải phân tán A = 0,74 (L/l1 + 2,1)- 0,4; L- khoảng cách từ miệng xả đến điểm tính toán, m; l1-khoảng cách giữa các điểm xả phân tán.

P- đại lượng đặc trưng cho chế độ thuỷ động học trong hồ, xác định như sau:

Trong đó: VTB- vận tốc trung bình dòng chảy trong hồ, m/s; V0 - vận tốc nước thải tại miệng xả (2m/s).

S-hệ số phụ thuộc độ sâu của hồ:

Theo Lapsop, 1977, khi xả vào vực nước tĩnh với phân phối nước phân tán với điều kiện nêu trong (13), (14) và (15), chế độ thủy động học của nguồn nước ít biến động [7] do đó nguy cơ sốc sinh thái đối với hệ thủy sinh trong hồ được hạn chế.

CÁC DỮ LIỆU TÍNH TOÁN

Chất lượng nước hồ Tây được dự báo theo các kịch bản của Quy hoạch Thoát nước Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [11], Quy hoạch thoát nước Hà nội do JICA lập năm 1995 [12] và Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án đầu tư nâng cao chất lượng nước hồ Tây do Công ty tư vấn đầu tư xây dựng giao thông công chính và Tổ hợp kỹ thuật - môi trường Viên (áo) lập năm 1999 [13] như sau:

-Phương án 1: Nước thải khu vực xung quanh hồ chưa được thu gom xử lý và xả trực tiếp vào hồ như hiện nay. Tổng lưu lượng nước thải là 23.400 m3/ngày, bao gồm 8000 m3/ngày ven hồ chưa được thu gom và 15.400 m3/ngày từ lưu vực thoát nước đường Phan Đình Phùng đổ vào do tuyến cống Thụy Khuê đang thi công [3].

-Phương án 2: Toàn bộ nước thải lưu vực hồ Tây được thu gom xử lý đạt mức A theo QCTĐHN 02:2014/BTNMT (hoặc QCVN 14:2008/BTNMT) tại nhà máy XLNT Hồ Tây và nhà máy XLNT Hồ Trúc Bạch là 26.409 m3/ngày sau đó xả trở lại vào hồ Tây. Nước thải xử lý sinh học hoàn toàn với BOD5 sau xử lý là 20 mg/L[3].

-Phương án 3: Nước thải được thu gom và xử lý sau đó xả ra sông Tô Lịch, nước sông Hồng bổ cập với lưu lượng dự kiến khoảng 1m3/s (trung bình 80.000 m3/ngày với thời gian hoạt động 260 ngày nắng/năm và đảm bảo chu kỳ trao đổi nước trên 1,5 lần/năm) cho hồ. Nước thải lưu vực hồ Trúc Bạch công suất 2400 m3/ngày được xử lý đảm bảo mức A theo QCTĐHN 02:2014/BTNMT sau đó xả ra hồ Tây (qua cống đường Thanh niên).

Tổng hợp các dữ liệu để tính toán dự báo được nêu trong bảng 1.

Dự báo được xem xét trong tình huống ít thuận lợi nhất cho quá trình tự làm sạch: dự báo ô nhiễm chất hữu cơ trong mùa khô khi quá trình pha loãng nước thải trong hồ thấp, nước thải xả tập trung vào một vị trí ven hồ ở tầng nước mặt.

4.KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Kết quả tính toán xác định BOD5 trong nước hồ sau khi xả nước thải theo 3 phương án đã nêu được thể hiện trên hình 2.

Hình 2. Biểu đồ lan truyền và chuyển hoá chất bẩn hữu cơ (BOD5) trong hồ Tây sau khi xả nước thải theo các phương án khác nhau.

Theo kết quả tính toán thấy rằng nếu giữ nguyên tình trạng thoát nước như hiện nay, khả năng tự làm sạch của hồ Tây không đảm bảo được cho hồ có chất lượng nước loại A2 theo QCVN 08-MT:205/BTNMT (BOD5 <6mg/l). Theo phương án 2, sau 350 m cách miệng xả nước thải BOD trong hồ mới có thể duy trì mức nhỏ hơn 6,0 mg/l.

Đối với phương án 3 khoảng cách này giảm xuống dưới 300 m. Trong phần lớn vực nước, chất lượng nước hồ theo BOD5 theo các phương án 2 và phương án 3 hầu như không thay đổi.

So với hiện nay, tình trạng ô nhiễm hữu cơ sẽ được cải thiện đi rất nhiều (theo số liệu phân tích ngày 20/8/2018 của Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường, BOD5 của nước vùng giữa hồ vị trí X: 2335470 Y: 542692 là 17,5 mg/l)[15]. Trong trường hợp cải thiện chất lượng nước hồ Tây theo phương án 2 và 3, nước hồ Tây đảm bảo BOD5 dưới 6 mg/l tại vị trí cách bờ 300 ÷350m và dưới 4 mg/l (tương đương mức A1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT) tại vị trí cách bờ 700 ÷350m như hình 2.

Trong trường hợp bổ cập nước sông Hồng vào hồ Tây với lưu lượng 1m3/s và chất lượng nước như trong bảng 1 mực nước hồ Tây luôn duy trì được cao độ +6,20 m và phần lớn diện tích hồ có chất lượng nước mức A2 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Do nước sông Hồng hiện nay có hàm lượng phù sa giảm rõ rệt, Dương Thanh Lượng, 2018, tính toán và cho thấy: với việc đưa trực tiếp nước sông Hồng (SS là 57,7 mg/L) Q=80.000 m3/ngày bổ cập cho hồ Tây thì chiều cao lớp phù sa lắng trong hồ 1 năm không lớn, là 0,21 mm [14].

Nước tràn từ hồ Tây qua cống Đọ và cống Thụy Khuê có thể bổ cập, thau rửa cho sông Tô Lịch. Tuy nhiên để tránh tình trạng sốc sinh thái tại vùng cấp nước từ sông Hồng vào hồ Tây, nước bổ cập cần được phân phối phân tán. Hình thức phân phối nước phân tán được nêu trên hình 3.

Tính toán bổ cập nước phân tán vào hồ theo biểu thức (12) với điều kiện ống cấp nước được đặt ngập, vận tốc nước thải tại miệng xả vo > 2m/s. Giữa chiều sâu đặt ống H và đường kính miệng xả d0 có tỷ lệ: H / d0 30 [7]

Với hình thức xả phân tán nước thải có giá trị BOD5 ≤20 mg/L, hồ Tây có thể tiếp nhận được lượng nước thải 22.000 m3/ngày từ nhà máy XLNT Hồ Tây của công ty cổ phần Phú Điền.

Đây cũng là nguồn bổ sung góp phần duy trì mực nước cần thiết trong hồ Tây.
Tuy nhiên kết hợp giữa cấp nước từ nguồn sông Hồng về mùa khô công suất Q=1 m3/s, bổ sung nước sau xử lý đạt mức A theo các quy chuẩn môi trường về xả thải và phân phối nước phân tán như hình 3 là một giải pháp phù hợp nhất để đảm bảo chất lượng mức A2 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cho hồ Tây cũng như đảm bảo mực nước cảnh quan trong hồ và một phần nước sạch từ hồ Tây qua cống Thụy Khuê thau rửa, pha loãng nước thải trong sông Tô Lịch.

5. KẾT LUẬN

1. Hồ Tây hiện nay không đáp ứng yêu cầu chất lượng nước mặt loại A2 về chỉ tiêu chất hữu cơ (tính toán theo phương án 1). Xu thế ô nhiễm của hồ đang tăng lên nếu không có các biện pháp bảo vệ nguồn nước phù hợp.

2.Sau khi xử lý toàn bộ nước thải trên lưu vực đạt mức A theo các quy chuẩn môi trường (BOD5≤20 mg/L) với hình thức xả phân tán vào hồ Tây, chất lượng nước hồ cách bờ tối đa 350 m đạt mức A2 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Như vậy nước thải sau xử lý của nhà máy XLNT Hồ Tây có thể là một nguồn bổ cập để duy trì mực nước trong hồ.

3. Để đảm bảo mực nước cảnh quan và các điều kiện sinh thái của hồ Tây cũng như sử dụng nước hồ pha loãng nước thải trong sông Tô Lịch, kết hợp cấp nước sông Hồng về mùa khô công suất khoảng 1 m3/s và bổ cập nước thải sau xử lý đạt mức A của nhà máy XLNT Hồ Tây với hình thức phân phối nước phân tán là giải pháp phù hợp, có ý nghĩa kinh tế và môi trường cao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Quốc Vượng, Nguyễn Trần Đản, Nguyễn Từ Chi. Nghìn xưa văn hiến. Nhà xuất bản Kim Đồng, 2014.

2. Ban Quản lý dự án Đầu tư xây dựng công trình cấp nước, thoát nước và môi trường thành phố Hà Nội. Dự án “Nạo vét bùn, bổ cập nước, xây dựng cột phun nước cho hồ Tây”. Hà Nội, tháng 1/2018.

3. Công ty Cổ phần đầu tư xây dựng và thương mại Phú Điền. Báo cáo đánh giá tác động môi trường Dự án đầu tư xây dựng bổ sung hoàn thiện hệ thống thu gom nước thải xung quanh hồ Tây, hồ Trúc Bạch và hạ tầng kỹ thuật xung quanh hồ Đầm Bảy, hồ Quảng Bá. Hà Nội, 2018.

4. Asít K. Biswas.Water Resources, Environmental Planning, Management and Development, McGraw-Hill,1996;

5. Trần Đức Hạ. Hồ đô thị: Quản lý kỹ thuật và kiểm soát ô nhiễm. Nhà xuất bản Xây dựng, 2016.

6. Rodziller I.D. Dự báo chất lượng nước nguồn tiếp nhận nước thải, Moscơva, 1984 (tiếng Nga).

7. Lapsop N.N. Tính toán các cống xả nước thải. Nhà xuất bản Xây dựng Lenigrad, 1977 (tiếng Nga).

8. Trần Đức Hạ . Báo cáo đề tài NCKH Hoàn thiện mô hình kiểm soát ô nhiễm nước sông hồ trong quá trình đô thị hoá (mã số B2000-34-63), Hà nội , 2000.

9. Trần Đức Hạ. Ứng dụng mô hình phú dưỡng để dự báo chất lượng nước hồ Tây. Hội thảo Việt Nam – Canada về Bảo vệ môi trường nước Hà Nội, Trung tâm Kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA), 1997.

10. Trần Đức Hạ. Kiểm soát ô nhiễm và phú dưỡng các hồ đô thị. Tạp chí “Môi trường đô thị Việt Nam” ISSN:1859-3674, số 5(83)-Tháng 9/2013.

11. Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/05/2013 của Thủ tướng Chính phủ Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/05/2013.

12. Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA). Nghiên cứu Quy hoạch tổng thể Thoát nước Hà Nội. Hà Nội,1995.

13. Công ty tư vấn đầu tư xây dựng GTCC và Tổ hợp Môi trường và công trình thành phố Viên. Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án nâng cao chất lượng nước hồ Tây, Hà nội , tháng 11/1999.

14. Dương Thanh Lượng. Một số ý kiến về lấy nước sông Hồng bổ cập nước cho hồ Tây và tiếp nước cho sông Tô Lịch. Tọa đàm “Đề xuất giải pháp bổ cập nước hồ Tây nhằm cải thiện chất lượng nước hồ một cách bền vững”, Hà Nội, tháng 12/2018.

15. Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường. Số liệu quan trắc môi trường nước mặt Hà Nội năm 2018.

PGS.TS.Trần Đức Hạ
Viện trưởng Viên Nghiên cứu Cấp thoát nước và Môi trường

Loading...
Bạn đang đọc bài viết Giải pháp bổ cập nước cho Hồ Tây theo khả năng chịu tải ô nhiễm hữu tại chuyên mục Nghiên cứu – Trao đổi. Thông tin phản ánh, liên hệ đường dây nóng : 0913 385 005 - 0917 681 188 Hoặc email: bandientu.mtdt@gmail.com
Tin cùng chuyên mục Nghiên cứu – Trao đổi