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

Đỗ Thị Hiền

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ
LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ
ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, 2016


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

Đỗ Thị Hiền

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ
LÀM SẠCH CỦA NƯỚC SÔNG, ỨNG DỤNG CHO SÔNG NHUỆ
ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Lê Thị Trinh
PGS.TS. Trần Hồng Côn


1.1.1. Giới thiệu chung về khả năng tự làm sạch của nguồn nước ...................... 3
1.1.2. Các quá trình xảy ra khi nước tự làm sạch ................................................. 3
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước ............ 7
1.2. Khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước .................................................... 16
1.2.1. Khái niệm khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước ........................ 16
1.2.2. Các yếu tố tác động đến khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước .. 17
1.3. Tổng quan về phương pháp, mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch và khả
năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước ........................................................... 17
1.3.1. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên khoảng cách từ
nguồn thải ........................................................................................................... 17
1.3.2. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước dựa trên tải lượng chất ô
nhiễm .................................................................................................................. 18
1.3.3. Đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước bằng phương pháp mô
hình hóa .............................................................................................................. 19
1.3.4. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước theo thông tư số
02/2009/TT-BTNMT ......................................................................................... 20
1.3. Tổng quan về sông Nhuệ .................................................................................... 23
1.3.1. Giới thiệu chung về sông Nhuệ ................................................................ 23
1.3.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ ................................................... 25
CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 28
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 28
2.2. Cách tiếp cận ....................................................................................................... 28
2.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ....................................................................... 28
2.3.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 28
2.3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 29


2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 29
2.5. Thực nghiệm ....................................................................................................... 29
2.5.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu ................................................................. 33

Bảng 3.2. Khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ trên một đơn vị chiều dài qua 4 đợt
quan trắc ........................................................................................................................ 43
Bảng 3.3. Kết quả phân tích COD................................................................................. 47
Bảng 3.4.Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số COD ............................ 49
Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm lượng NH4+ .............................................................. 49
Bảng 3.6. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số NH4+ ........................... 51
Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lượng NO3- ............................................................... 51
Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng tổng P ............................................................ 53
Bảng 3.9. Tốc độ tự làm sạch của nước sông đối với thông số tổng P ......................... 54
Bảng 3.10. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
a = Lls/2.......................................................................................................................... 55
Bảng 3.11. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
a = Lls ............................................................................................................................. 56
Bảng 3.12. Khả năng tiếp nhận của nước sông khi giá trị thêm a = Lls ........................ 57
Bảng 3.13. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
2Lls ................................................................................................................................. 59
Bảng 3.14. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
10Lls ............................................................................................................................... 59
Bảng 3.15. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
50Lls ............................................................................................................................... 60
Bảng 3.16. Kết quả đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm ở khoảng nồng độ thêm
100Lls ............................................................................................................................. 61
Bảng 1. Kết quả đo nhanh các thông số nhiệt độ, pH, DO trong mô hình đánh giá khả
năng tự làm sạch của nước sông ................................................................................... 70


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Phân chia các vùng của dòng chảy theo khả năng tự làm sạch của nguồn
nước ................................................................................................................................. 7



DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD

: Nhu cầu oxy sinh hóa

BHC

: Benzen hecxa clorua

COD

: Nhu cầy oxy hóa học

CSUL

: Khả năng tự làm sạch trên một đơn vị chiều dài

DDT

: Diclo diphenyl tricloetan

DO

: Oxy hòa tan trong nước

DObh

: Lượng oxy hão hòa trong nước

những chu trình bình thường sẽ được phục hồi trở lại. Sự phục hồi này gọi là sự tự làm
sạch.
Mỗi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch của nó. Ví dụ như khi một dòng
sông bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ nó sẽ khôi phục lại trạng thái sạch ban đầu bởi các
quá trình tự nhiên như hiện tượng pha loãng, lắng cặn, quá trình khử chất ô nhiễm bởi
sinh vật. Tuy nhiên, hiện nay hầu hết các nguồn nước mặt như sông ngòi đều đang phải
“oằn mình” gánh chịu vô số các nguồn thải khác nhau được đổ xuống làm cho dòng
sông ngày càng bị ô nhiễm. Trong số đó không thể không nhắc tới sông Nhuệ, một con
sông điển hình về mức độ ô nhiễm mà hầu hết mọi người đều biết đến.
Sông Nhuệ là một phụ lưu của sông Đáy. Sông dài khoảng 76 km, chảy qua địa
phận thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam. Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh
tế - xã hội trên sông Nhuệ diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích kinh tế góp phần
nâng cao đời sống cho người dân. Tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình
trạng ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng trên sông Nhuệ
ngày càng gia tăng, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cho cộng đồng dân cư sống quanh
vùng.
Sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội là nơi tiếp nhận nước thải sinh
hoạt, nước thải làng nghề tại các vùng ven sông. Bên cạnh đó, tình trạng đổ phế thải,

1


rác thải xuống sông còn phổ biến. Chính vì luôn phải tiếp nhận lượng chất thải quá lớn
nên dòng sông đã bị ô nhiễm nghiêm trọng.
Nghiên cứu khả năng tự làm sạch của nguồn nước là một trong những cơ sở
khoa học để đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm, từ đó đưa ra các biện pháp phù
hợp nhằm kiểm soát và xử lý ô nhiễm nguồn nước. Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng
tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch
của nước sông, ứng dụng cho sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội”. Đây
là kết quả nghiên cứu ban đầu, mang tính thăm dò và định hướng thông qua những thử


3


Đây là một trong những yếu tố chính làm giảm nồng độ chất bẩn khi xả vào
nguồn nước. Trong quá trình pha loãng, tổng lượng chất bẩn được coi như không thay
đổi cho cả trường hợp chất ô nhiễm bền vững và không bền vững.
Đối với các nguồn tiếp nhận nước thải (sông, hồ), quá trình xáo trộn và pha
loãng của nguồn tiếp nhận và nguồn thải có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ nguồn
nước:
+ Giảm được nồng độ chất ô nhiễm tại các điểm cục bộ trong sông hồ;
+ Phân bố đều tải trọng chất ô nhiễm trong toàn bộ dung tích nước nên tăng
cường được quá trình tự làm sạch (phân bố tải trọng chất ô nhiễm cho vi sinh vật);
+ Do giảm được tải lượng chất bẩn cục bộ, phù hợp với khả năng tự điều chỉnh
của hệ sinh thái vực nước nên độ ổn định của hệ được bảo đảm;
+ Dựa vào số lần pha loãng nước nguồn với nước thải, chúng ta có thể xác định
được mức độ xử lý nước thải cần thiết và thiết lập được các biện pháp bảo vệ sông hồ
khác.
- Quá trình chuyển hoá chất bẩn theo thời gian:
Các quá trình hoá lý và sinh hoá diễn ra theo xu hướng làm giảm nồng độ chất
bẩn theo các quá trình oxy hóa sinh hoá các chất hữu cơ, lắng đọng chất lơ lửng, hấp
thụ chất ô nhiễm, và tích tụ sinh học các chất bẩn không hoà tan trong chuỗi thức ăn,
tái xâm nhập chất bẩn từ trầm tích vào nước… Kết quả cuối cùng của các quá trình này
là phục hồi một phần hoặc toàn bộ trạng thái ban đầu của nguồn nước.
Dưới đây là các quá trình chuyển hóa thường diễn ra trong quá trình tự làm sạch
của nguồn nước:
+ Các quá trình oxy hóa sinh hoá các chất bẩn (chủ yếu là chất hữu cơ) trong
nước, trong cặn lơ lửng và trong cặn đáy;

4


có thể xuất hiện trên mặt nước tạo thành váng màu đen. Nước sẽ có màu xám đen và có
mùi hôi thối của các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn kỵ
khí, nấm hầu như đã biến mất; các loài động vật bậc cao cũng rất ít, chỉ có một ít loài
ấu trùng, côn trùng...
- Vùng phục hồi: Vùng này nhiều chất hữu cơ đã lắng đọng xuống ở dạng cặn.
Cặn bị phân huỷ kỵ khí dưới đáy hoặc trong dòng nước chuyển động. Vì nhu cầu tiêu
thụ oxy của nước nhỏ hơn tốc độ làm thoáng bề mặt nên tình trạng được cải thiện,
nước được trong hơn. Lượng CO2, NH4+ giảm và oxy hoà tan, NO2-, NO3- tăng lên. Vi
khuẩn có xu hướng giảm về số lượng vì việc cung cấp thức ăn bị giảm, chúng chủ yếu
là loài hiếu khí. Nấm xanh, tảo xuất hiện đã sử dụng các hợp chất chứa nitơ và CO2 rồi
giải phóng oxy giúp cho việc làm thoáng và hoà tan oxy mạnh mẽ hơn. Tiếp theo, nhu
cầu tiêu thụ oxy giảm; các loài khuê tảo cũng ít hơn; xuất hiện các loài nguyên sinh
động vật, nhuyễn thể, các thực vật nước; quần thể cá cũng ổn định dần và tìm thức ăn
trong vùng này.
- Vùng nước trong: Ở đây dòng chảy đã trở lại trạng thái tự nhiên và có các loài
phù du thông thường của nước sạch. Do ảnh hưởng của độ phì dưỡng do ô nhiễm trước
đây cho nên các loài phù du sẽ xuất hiện với số lượng lớn. Nước trở lại trạng thái cân
bằng oxy - lượng oxy hoà tan lớn hơn lượng oxy tiêu thụ - trạng thái ban đầu của nước
đã được phục hồi hoàn toàn.
Trong quá trình phục hồi, coliforms và các sinh vật gây bệnh cũng đã giảm về số
lượng vì môi trường không thuận lợi cho chúng và xuất hiện những sinh vật chủ đạo.
Tuy nhiên một số loài gây bệnh còn tồn tại trong vùng nước trong, do đó có thể nước
vẫn còn bị ô nhiễm bởi vi khuẩn gây bệnh và không thể dùng cho ăn uống, sinh hoạt
nếu không được xử lý.
Khả năng tự làm sạch của nước sẽ diễn ra không đạt kết quả khi trong nước thải
có chứa các chất độc hại đối với sự sống của các sinh vật; quá trình tự làm sạch của

6


Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → H2 S
Photpho hữu cơ + O2 → PH3
Sự thay đổi độ hòa tan oxy vào trong nguồn nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Tùy theo lượng chất hữu có thải ra trong dòng chảy, lượng oxy hòa tan sẽ biến đổi như
biểu đồ trong hình 1.2 [1]:

8


Hình 1.2. Sự thay đổi DO theo khoảng cách về phía hạ lưu tính từ điểm nhận nước thải
Sự thay đổi và mối quan hệ giữa nồng độ DO và số lượng vi sinh vật ở các
vùng nước trong quá trình tự làm sạch được biểu thị trong hình 1.3 [1].

Hình 1.3. Mối quan hệ giữa nồng độ DO và số vi sinh vật ở các vùng khác nhau
Tại điểm xả nước thải, nhu cầu oxy cho việc phân hủy các chất hữu cơ vượt
quá tốc độ hòa tan của oxy từ khí quyển vào nguồn nước, do đó nồng độ oxy hòa tan sẽ
giảm đi và lượng vi sinh vật bắt đầu tăng lên.
Tại một điểm nào đó ở hạ lưu, tốc độ hòa tan oxy khí quyển vào nguồn nước
cân bằng với tốc độ tiêu thụ oxy của vi sinh vật. Sau điểm này, nồng độ oxy hòa tan lại
tăng lên từ từ tới giá trị bão hòa. Do lượng chất hữu cơ trong nước đã bị phân hủy gần
hết và lượng vi sinh vật cũng giảm theo.
b. Loại chất hữu cơ
Tốc độ tự làm sạch của nguồn nước phụ thuộc vào tính chất của chất hữu cơ
gây ô nhiễm. Có những chất hữu cơ dễ dàng bị phân hủy như protein, đường, chất
béo… và cùng có chất khó phân hủy như lignin, xenlulozo… Những chất hợp chất hữu
cơ cơ clo như DDT, BHC (benzen hecxa clorua)… có tính bền sinh học cao nên tồn tại

9



trong và tiếp tục oxi hóa giải phóng năng lượng để tổng hợp thành tế bào chất, sinh
khối vi sinh vật sẽ tăng lên [17,18].
Vi sinh vật oxi hóa các chất hữu cơ bằng cách hô hấp và lên men.
- Trong điều kiện hiếu khí, các hợp chất hữu cơ đơn giản như các loại đường,
tinh bột, chất béo, protein… cũng như các hợp chất hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp
phức tạp được phân hủy do quá trình hô hấp của vi sinh vật. Quá trình oxy hóa sinh
hóa diễn ra bằng cách sử dụng oxy hòa tan có sẵn trong nước. Quá trình này được gọi
là hô hấp hiếu khí. Các vi sinh vật tham gia được gọi là vi sinh vật hiếu khí.
Quá trình hô hấp hiếu khí có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng như sau:
VI KHUAN
 tế bào vi khuẩn mới + H2O + CO2 + PO43- + NO3Chất hữu cơ + O2 

- Trong điều kiện oxy hòa tan trong nước không sẵn có, một số vi sinh vật được
gọi là vi sinh vật yếm khí và một số được gọi là vi sinh vật tuỳ nghi sẽ tách oxy trong
liên kết nitrat, nitrit hoặc sunfat để oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Sản phẩm tạo ra từ
quá trình này là các chất mang tính khử như H2S, NO2- hoặc N2.
- Trong môi trường giàu chất hữu cơ và không có oxy hòa tan, các cơ chất có
thể oxy hóa theo nguyên lý lên men. Vi khuẩn thực hiện quá trình này là các loại vi
khuẩn kỵ khí, các sản phẩm tạo thành là CH4, H2S, axit hữu cơ.
Quá trình lên men kỵ khí gồm bốn giai đoạn:
- Giai đoạn thủy phân: Các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những
chất đơn giản như monosacrit, axit amin… với sự tham gia các men của vi sinh vật.
Các hợp chất đơn giản này là nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật hoạt động.
- Giai đoạn axit hóa: Sản phẩm của giai đoạn thủy phân được vi sinh vật tiếp tục
phân giải thành các axit hữu cơ. Giai đoạn này gọi là giai đoạn lên men axit.
VI KHUAN
 Tế bào vi khuẩn mới + hỗn hợp axit hữu cơ
Chất hữu cơ 

11

lượng oxy hòa tan cũng là một thông số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước,
ảnh hưởng đến nhiều quá trình khác nhau trong môi trường nước.
* Động vật
Động vật phù du ăn thực vật và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình
phân hủy các chất hữu cơ. Nhiều loại động vật có thể tách các chất lơ lửng và làm cho
nước trong. Chúng làm giảm hàm lượng oxy trong nước do hô hấp cũng như do chúng
ăn thực vật phù du. Chúng làm xáo trộn nước và hấp thụ các sinh vật gây bệnh, có thể
khử trùng trong nước.
d. Các chất độc
Sự có mặt của các chất độc (kim loại nặng, cyanua, phenol…) sẽ làm giảm khả
năng tự làm sạch của dòng chảy do chúng tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của các vi
sinh vật. Tác hại của chất độc trong trường hợp này phụ thuộc vào bản chất của chất
độc và nồng độ của nó trong nước.
e. Sự pha loãng
Khi chất bẩn được xả vào dòng chảy thì sự pha loãng có vai trò quan trọng trong
việc làm giảm mức độ ô nhiễm tạo điều kiện cho quá trình hoạt động phân hủy của các
vi sinh vật hiếu khí. Nước pha loãng có thể đến từ các nguồn khác nhau như nước
ngầm, nước từ các sông nhánh, nước tưới tiêu trong khu vực, đặc biệt trong thời gian
có mưa.
f. Các điều kiện thời tiết khí hậu
Ánh nắng mặt trời thức đẩy quá trình quang hợp tạo oxy nên có vai trò thúc đẩy
nhanh sự tự làm sạch. Hoạt động của gió có tác dụng làm tăng quá trình khuếch tán
oxy từ khí quyển vào nước tạo điều kiện tốt cho sự phân hủy hiếu khí.

13


Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng sinh hóa, do đó có ảnh hưởng đến
tốc độ tự làm sạch của dòng chảy. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới giá trị DO trong nước
được thể hiện trong biểu đồ hình 1.4:

h. Sự lắng đọng
Bùn cặn ở đáy dòng chảy được tạo ra do sự sa lắng của các chất lơ lửng trong
nước thải và do sự đông tụ của các chất keo, sự tạo thành các mùn không tan. Sự oxy
hóa những chất lắng đọng này có thể diễn ra trong một thời gian dài. Chất lắng đọng
bùn cặn do nhu cầu oxy hóa cao có thể tác động xấu đến sự tự làm sạch do thiếu oxy
hòa tan.
Quá trình phân hủy yếm khí trong lớp bùn cặn này thường kèm theo sự tạo khí
làm bùn cặn bị đẩy nổi lên mặt nước.
i. Điều kiện mặt cắt sông
Sông rộng nhưng nông sẽ tạo điều kiện cho oxy thâm nhập nhiều hơn từ không
khí vào nước và làm tăng khả năng tự làm sạch của nước.
1.2. Khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước
1.2.1. Khái niệm khả năng tiếp nhận chất thải của nguồn nước
Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước là khả năng nguồn nước có thể
tiếp nhận được thêm một tải lượng ô nhiễm nhất định mà vẫn bảo đảm nồng độ các
chất ô nhiễm trong nguồn nước không vượt quá giá trị giới hạn được quy định trong
các quy chuẩn tiêu chuẩn chất lượng nước cho mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp
nhận [2].
Nguồn nước có khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm bởi vì chúng có khả năng tự
làm sạch (đồng hóa các chất ô nhiễm). Thông thường, sau khi nước thải được đưa vào
nguồn tiếp nhận sẽ xảy ra các quá trình vật lý, hóa học, sinh học để nguồn nước có thể
tự làm sạch. Tuy nhiên, nếu lượng chất ô nhiễm quá lớn, sẽ dẫn đến hiện tượng “bão
hòa” chất ô nhiễm. Khi đó, chất lượng nước sẽ ngày càng suy giảm, vùng ô nhiễm ngày
càng lan rộng. Chính vì vậy, cần có cơ sở khoa học và thực tiễn cùng với công cụ và

16


phương pháp phù hợp để đánh giá về khả năng tiếp nhận nước thải của mỗi nguồn
nước cụ thể, phục vụ cho công tác quản lý môi trường ở địa phương đó.

Trong đó:

17