Luận án Tiến sĩ: 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, Quảng Ninh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:215

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án nhằm 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). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: 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, Quảng Ninh

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 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, 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 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, 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 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, 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 vô cùng quý 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 môn Cấp thoát 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 Phòng 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 mô hình toán áp dụng cho ô 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 toán về sức tải môi 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 trôi đất........................ ........... 57 2.3 Mô hình dòng chảy và tải lượng ô nhiễm trên lưu vực- SWAT.......................58 2.3.1 Cân bằng nước trên lưu vực .......................................................................... 59 2.3.2 Quá trình dòng chảy trong hệ thống sông ..................................................... 61 2.3.3 Ý nghĩa của việc sử dụng mô hình SWAT .................................................... 63 2.4 Các mô hình số phục vụ mô phỏng chất lượng nước ...................................... 63 2.4.1 Mô hình EFDC (Mỹ) .................................................................................... 63 2.4.2 Mô hình Delft3D-WAQ (Hà Lan) ................................................................ 64 2.4.3 Mô hình MIKE21 (Đan Mạch) ..................................................................... 66 2.4.4 Mô hình khuyếch tán POL-2D...................................................................... 68 2.4.5 Mô hình của nhóm các tác giả Đại học khoa học tự nhiên ............................ 69 2.4.6 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán 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 mô hình tính toán ............................................................................ 88 3.2.1 Tài liệu sử dụng ............................................................................................ 88 3.2.2 Xây dựng lưới tính ....................................................................................... 89 3.2.3 Hiệu chỉnh mô hình thủy lực ........................................................................ 89 3.2.4 Hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước ............................................................ 93 3.3 Mô phỏng hiện trạng 2018 (Scenario 1) ......................................................... 99 3.3.1 Thủy động lực .............................................................................................. 99
v 3.3.2 Mô hình chất lượng nước ............................................................................106 3.4 Kịch bản mô phỏng dự báo đến 2030 (Scenario 2) ........................................115 3.4.1 Nhóm các chất hữu cơ .................................................................................116 3.4.2 Nhóm dinh dưỡng........................................................................................117 3.4.3 Nhóm kim loại nặng ....................................................................................121 3.5 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) và dự báo (2030)...................................................................................................................122 3.5.1 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) ..................122 3.5.2 Dự báo tổng lượng chất gây ô nhiễm tích lũy trong nước biển và khả năng tiếp nhận đến 2030 ......................................................................................................126 CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC- VỊNH HẠ LONG ...................................................129 4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp .................................................................................129 4.1.1 Cơ sở khoa học: ...........................................................................................129 4.1.2 Cơ sở thực tiễn ............................................................................................130 4.2 Nhóm giải pháp phi công trình ......................................................................133 4.2.1 Tăng cường thể chế và chính sách ...............................................................133 4.2.2 Điều chỉnh các quy hoạch phát triển và quy hoạch bảo vệ môi trường .........134 4.2.3 Hoàn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo môi trường và kiểm toán nguồn thải ............................................................................................................136 4.2.4 Sử dụng các công cụ kinh tế môi trường ......................................................137 4.2.5 Xã hội hoá bảo vệ môi trường vịnh, thông tin tuyên truyền, giáo dục, nâng cao nhận thức và xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ môi trường vịnh .............138 4.3 Nhóm giải pháp công trình ............................................................................138 4.3.1 Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: ............................................................138 4.3.2 Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm lò mỏ than.................. ............143 KẾT LUẬN .............................................................................................................147 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................149 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .........................................................150 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................151 PHỤ LỤC..................................................................................................................PL-1
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ASEAN Association of Hiệp hội các nước Đông Southeast AsianNations Nam Á BOD5 Bio chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CLN Chất lượng nước DO Dessolved Oxygen Lượng oxy hòa tan trong nước EFDC Environmental Fluid Dynamics Code Phần mềm thủy lực môi trường nước GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GESAMP Group of Experts on the Scientific Nhóm chuyên gia về khía Aspects of Marine Environmental cạnh khoa học của ô nhiễm Protection biển GPA Chương trình Hành động Toàn cầu về Bảo vệ Môi trường Biển HSCTM Hydrodynamic, Sediment and Mô hình thủy động lực, vận Contaminant Transport Model chuyển bùn cát và chất ô nhiễm IMO International Maritime Organization Tổ chức Hàng hải quốc tế KLN Kim loại nặng MODIS Moderate Resolution Imaging Bộ cảm độ phân giải trung Spectroradiometers bình NASH Nash-Sutcliffe model efficiency Hệ số hiệu quả của mô hình coefficient Nash-Sutcliffe NBVB Nước biển ven bờ NOAA National Oceanic and Atmospheric Ban Quản lý Khí quyển và
vii Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia ONMTB Ô nhiễm môi trường biển; RACE Rapid Assessment Coastal Phương pháp đánh giá nhanh Environment môi trường ven biển SST Sea surface temperature Nhiệt độ bề mặt nước biển SWAT Soil and Water Assessment Tool Công cụ đánh giá nước và đất TIE Toxicity Identification Evaluation Quá trình đánh giá xác định độc tính TTB Trầm tích biển TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng UNEP United Nations Environment Chương trình Môi trường Programme Liên Hợp Quốc UNCLOS United Nations Convention on Law Công ước của Liên hợp quốc of the Sea về Luật biển XLNT Xử lý nước thải HRU Đơn vị phản hồi thủy văn DHI Danish Hydraulic Institute Viện thủy lực Đan Mạch
viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số đặc trưng hình thái các sông trong lưu vực vịnh cửa Lục 29 Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy theo tần suất các sông khu vực nghiên cứu 29 Bảng 1.3: Đặc điểm phân phối dòng chảy năm trên các sông khu vực nghiên cứu 30 Bảng 2.1- Một số nguồn thải chính gây ô nhiễm vùng nước biển ven bờ 38 Bảng 2.2: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt và hiệu suất xử lý nước thải 41 Bảng 2.3: Thành phần nước thải một số ngành công nghiệp điển hình 42 Bảng 2.4: Tải lượng thải đơn vị do chăn nuôi (kg/năm) 44 Bảng 2.5: Hệ số phát thải từ nuôi thủy sản 44 Bảng 2.6: Đơn vị thải lượng ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/m2/ ngày mưa) 45 Bảng 2.7: Tỷ lệ rửa trôi các chất gây ô nhiễm từ các nhóm nguồn thải ven bờ 45 Bảng 2.8: Hiện trạng các khu xử lý chất thải rắn đang tiếp nhận rác thải của thành phố Hạ Long 46 Bảng 2.9: Tổng lượng nước thải của một số xã, phường xả thải vào vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.10: Thải lượng trạm xử lý nước thải quanh vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.11: Một số nguồn phát sinh nước thải công nghiệp khu vực nghiên cứu 53 Bảng 2.12: Sản lượng than khai thác trên địa bàn thành phố Hạ Long 54 Bảng 2.13: Mạng lưới các điểm quan trắc môi trường nước 71 Bảng 2.14: Tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam với các thông số tính toán 72 Bảng 3.1: Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt chưa xử lý 74 Bảng 3.2: Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt, du lịch của người dân trong khu vực năm 2018 (tấn/năm) 75 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) 75 Bảng 3.4: Thành phần trung bình nước thải ngành than trong khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long 76 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) 76 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) 77
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) 77 Bảng 3.8: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vịnh cửa Lục (tấn/năm) 78 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) 78 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) 79 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) 79 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) 80 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) 81 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) 82 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) 83 Bảng 3.16: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nguồn công nghiệp năm 2030 (tấn/năm) 83 Bảng 3.17: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn từ chăn nuôi khu vực vịnh cửa Lục (tấn/năm) 84 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) 84 Bảng 3.19: Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm (tấn/năm) phát sinh từ khu vực vịnh cửa Lục năm 2030 85 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) 86 Bảng 3.21: So sánh tải lượng các chất ô nhiễm trên vịnh cửa Lục hiện tại và dự báo đến 2030 (tấn/năm) 87
x Bảng 3.22- Bộ thông số lựa chọn của mô hình thủy lực 93 Bảng 3.23. Các thông số trong modun ECOLAB của mô hình MIKE 97 Bảng 3.24: Tổng lượng chất gây ô nhiễm tối đa trong phạm vi xác định của vịnh cửa Lục có thể chấp nhận được theo TCVN 124 Bảng 3.25: Khối lượng chất gây ô nhiễm tích lũy trong nước biển vịnh Cửa Lục, mùa mưa và mùa khô 2017 124 Bảng 3.26: Khối lượng chất gây ô nhiễm có thể chấp nhận thêm mà không gây ô nhiễm môi trường theo TCVN 125 Bảng 3.27: Khả năng tiếp nhận (tấn/ngày) và khả năng đạt tải tại vịnh cửa Lục 126 Bảng 3.28: Khối lượng chất gây ô nhiễm tích lũy trong nước biển vịnh Cửa Lục, mùa mưa và mùa khô năm 2030 127 Bảng 3.29: Khối lượng chất gây ô nhiễm có thể chấp nhận thêm mà không gây ô nhiễm môi trường mùa khô, mùa mưa năm 2030 128 Bảng 3.30: Khả năng tiếp nhận (tấn/ngày) và khả năng đạt tải tại vịnh cửa Lục năm 2030 128 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 129 Bảng 4.2- Danh mục các công trình xử lý nước thải tập trung sẽ xây dựng tại khu vực nghiên cứu 132 Bảng PL 2.1: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 11/2017 PL-3 Bảng PL 2.2: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước tháng 5/2018 PL-4 Bảng PL 3.1: Kết quả đo lưu lượng đo tại cầu Bãi Cháy 2 đợt đo PL-5 Bảng PL 3.2: Mực nước đo tại cầu Bãi Cháy 2 đợt đo PL-8 Bảng PL 3.3: Vận tốc thực đo trạm giữa vịnh Cửa Lục PL-11 Bảng PL4. 1: Các thông số thổ nhưỡng để mô phỏng thủy văn trên vịnh Cửa Lục PL-17 Bảng PL 4. 2: Các loại hình sử dụng đất trên vịnh Cửa Lục PL-18 Bảng PL 4. 3: Thông tin về các tập tin dữ liệu thời tiết PL-19 Bảng PL5. 1: Tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt của người dân trong khu vực năm 2018 (tấn/năm) PL-24 Bảng PL5. 2: Tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh từ khách du lịch trong khu vực năm 2018 (tấn/năm) PL-25
xi Bảng PL5. 3: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) PL-26 Bảng PL5. 4: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) PL-27 Bảng PL5. 5: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động công nghiệp khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long PL-28 Bảng PL5. 6: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vực Hạ Long (tấn/năm) PL-28 Bảng PL5. 7: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vực Hoàng Bồ (tấn/năm) PL-29 Bảng PL5. 8: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản trong khu vực Hạ Long (tấn/năm) PL-30 Bảng PL5. 9: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản trong khu vực Hoành Bồ (tấn/năm) PL-30 Bảng PL5 .10: Tính toán 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) PL-31 Bảng PL5. 11: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-32 Bảng PL5. 12: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ công nghiệp đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-32 Bảng PL5. 13: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-33 Bảng PL5. 14: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn trực tiếp trên vịnh đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) PL-34 Bảng PL5. 15: Tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt của người dân trong khu vực năm 2030 (tấn/năm.) PL-34 Bảng PL5. 16: Tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh từ khách du lịch trong khu vực năm 2030 (tấn/năm) PL-35 Bảng PL5. 17: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-36 Bảng PL5. 18: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-37
xii Bảng PL5. 19: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-37 Bảng PL5. 20: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do chăn nuôi trong khu vực Hoàng Bồ năm 2030 (tấn/năm) PL-38 Bảng PL5. 21: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản trong khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) PL-39 Bảng PL5. 22: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh do nuôi trồng thủy sản trong khu vực Hoành Bồ năm 2030 (tấn/năm) PL-39 Bảng PL5. 23: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) PL-40 Bảng PL5. 24: Tính toán tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) PL-41
xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước biển ven bờ 16 Hình 1.2. Chỉ số COD trong nước biển ven bờ 17 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 17 Hình 1.4. Vị trí địa lý vịnh Cửa Lục và phụ cận trên ảnh vệ tinh 28 Hình 2.1. Sơ đồ luồng các nguồn phát thải và tải ô nhiễm 39 Hình 2.2. Một số công trình cấp nước sinh hoạt đô thị và công nghiệp quanh vịnh Cửa Lục 42 Hình 2.3. Trạm xử lý nước thải Licogi Cột 5- cột 8 52 Hình 2.4. Sơ đồ chu trình thủy văn trong pha đất 59 Hình 2.5. Chu trình Nitơ 61 Hình 2.6. Chu trình Photpho 61 Hình 2.7. Sơ đồ các quá trình diễn ra trong dòng chảy 62 Hình 2.8. Vị trí các điểm quan trắc môi trường 72 Hình 3.1. Vị trí nghiên cứu và địa hình miền tính toán 89 Hình 3.2. Vị trí trạm đo thủy văn 91 Hình 3.3. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Bãi Cháy (tháng 11) 91 Hình 3.4. So sánh vận tốc thực đo và tính toán trạm V (tháng 11) 92 Hình 3.5. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Bãi Cháy (tháng 5) 92 Hình 3.6. So sánh vận tốc thực đo và tính toán trạm V (tháng 5) 92 Hình 3.7. So sánh hàm lượng trầm tích lơ lửng trạm Bãi Cháy 94 Hình 3.8. So sánh độ mặn tháng 11/2017 95 Hình 3.9. So sánh hàm lượng BOD5 tháng 11/2017 95 Hình 3.10. So sánh hàm lượng Mn tháng 11/2017 95 Hình 3.11. So sánh hàm lượng Fe tháng 11/2017 96 Hình 3.12. So sánh hàm lượng BOD5 tháng 5/2018 96 Hình 3.13. So sánh hàm lượng Fe tháng 5/2018 96 Hình 3.14. So sánh hàm lượng Mn tháng 5/2018 97 Hình 3.15. Trường dòng chảy triều lên, mùa khô thời kỳ nước lớn 101 Hình 3.16. Trường dòng chảy triều xuống, mùa khô thời kỳ nước lớn 101
xiv Hình 3.17. Trường dòng chảy thời kỳ nước ròng, mùa khô 102 Hình 3.18. Trường dòng chảy triều lên, mùa mưa thời kỳ nước lớn 102 Hình 3.19. Trường dòng chảy triều xuống, mùa mưa thời kỳ nước lớn 103 Hình 3.20. Giá trị vận tốc tại một số vị trí trên vịnh thời kỳ mùa khô 104 Hình 3.21. Giá trị vận tốc tại một số vị trí trên vịnh thời kỳ mùa mưa 105 Hình 3.22. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa khô 106 Hình 3.23. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa mưa 107 Hình 3.24. Phân bố nồng độ NH4+ lớn nhất trong mùa mưa 107 Hình 3.25. Phân bố nồng độ NH4+ lớn nhất trong mùa khô 108 Hình 3.26. Phân bố nồng độ NO3- lớn nhất trong mùa mưa 108 Hình 3.27. Phân bố nồng độ NO3- lớn nhất trong mùa khô 109 Hình 3.28. Phân bố nồng độ PO43- lớn nhất trong mùa mưa 110 Hình 3.29. Phân bố nồng độ PO43- lớn nhất trong mùa khô 110 Hình 3.30. Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa mưa 111 Hình 3.31. Độ dày trầm tích lơ lửng lớn nhất mùa mưa 112 Hình 3.32. Lưu lượng bùn cát qua cửa Lục mùa khô 112 Hình 3.33. Độ dày trầm tích lơ lửng lớn nhất mùa khô 113 Hình 3.34. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa mưa 114 Hình 3.35. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa khô 114 Hình 3.36. Phân bố nồng độ Mn lớn nhất trong mùa mưa 115 Hình 3.37. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa khô 116 Hình 3.38. Phân bố nồng độ BOD5 lớn nhất trong mùa mưa 117 Hình 3.39. Phân bố nồng độ NH4+ lớn nhất trong mùa mưa 117 Hình 3.40. Phân bố nồng độ NH4+ lớn nhất trong mùa khô 118 Hình 3.41. Phân bố nồng độ NO3- lớn nhất trong mùa mưa 119 Hình 3.42. Phân bố nồng độ NO3- lớn nhất trong mùa khô 119 Hình 3.43. Phân bố nồng độ PO43- lớn nhất trong mùa mưa 120 Hình 3.44. Phân bố nồng độ PO43- lớn nhất trong mùa khô 120 Hình 3.45. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa mưa 121 Hình 3.46. Phân bố nồng độ Fe lớn nhất trong mùa khô 121 Hình 3.47. Phân bố nồng độ Mn lớn nhất trong mùa mưa 122 Hình 4.1. Các khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng tại khu vực nghiên cứu 130
xv Hình 4.2. Thiết bị mô tả công nghệ AAO-MBBR 139 Hình 4.3. Cấu tạo Module FRP-MBBR-100 (ví dụ điển hình) 139 Hình 4.4. Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải FRP-MBBR 142 Hình 4.5. Thiết bị mô tả quá trình xử lý keo tụ - lắng lamen - lọc mangan 143 Hình 4.6. Cấu tạo hệ lọc Nanofilter-NF (ví dụ điển hình) 144 Hình 4.7. Khu vực đề xuất áp dụng giải pháp thiết bị xử lý nước thải ngành than 146
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 toàn cầu. Nó không chỉ dừng lại ở các khu vực bị ô nhiễm mà còn 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 ô nhiễm môi 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 môi trường…vẫn đang còn 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 công nghệ tính toán mô 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 dòng chảy từ sông. 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 công 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 công 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 môi 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 công trình nghiên cứu về xói mòn, bồi lắng và ô nhiễm môi 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 mòn của cảnh quan sau khai thác than liên quan đến bồi lắng trong vịnh Cửa Lục, trong khi đó, xói mòn, bồi lắng và ô nhiễm môi 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 quá trình trao đổi nước ảnh hưởng đến ô nhiễm môi 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 môi 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 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, 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 (BOD 5, NH4+, NO3-, PO43- , 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 sông đổ vào...); - Lập mô hình mô 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 mô hình mô phỏng, kiểm định, hiệu chỉnh và các kịch bản mô 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 công trình (các công 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 ngày (BOD5); hàm lượng các chất dinh dưỡng (NH4+; NO3-, PO43-), 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