Giới thiệu dự án

Hệ thống thoát nước nội thành Hải Phòng là mạng lưới hạ tầng kỹ thuật đô thị quan trọng, phần lớn được thiết lập từ trước năm 1954 và cải tạo chắp vá qua các giai đoạn 1968–1982. Với tốc độ tăng trưởng kinh tế (GRDP) đạt mức 14,1%, chỉ số sản xuất công nghiệp (IIP) tăng 21,6%, cùng mật độ dân số khu vực trung tâm (đặc biệt là quận Lê Chân với 18.729 người/km²) tăng vọt, áp lực xả thải sinh hoạt và công nghiệp lên các trục tiêu thoát nước tự nhiên ngày càng khốc liệt. Kênh thoát nước Tây Nam (kênh Vĩnh Niệm) thuộc lưu vực thoát nước Tây Nam thành phố (diện tích ~1.200 ha), giữ vai trò huyết mạch trong việc điều tiết nước mưa và tiếp nhận lưu lượng xả từ khu dân cư và Cụm công nghiệp (CCN) Vĩnh Niệm trước khi đổ ra sông Lạch Tray qua cống ngăn triều Vĩnh Niệm.

       LƯU VỰC THOÁT NƯỚC TÂY NAM HẢI PHÒNG (~1.200 ha)

Thực trạng ô nhiễm nước mặt tại kênh Tây Nam diễn biến phức tạp do chế độ tiêu thoát nước hỗn hợp (nước mưa lẫn nước thải chưa qua xử lý triệt để), hiện tượng bồi lắng bùn đáy nghiêm trọng (độ dày 0,6–1,0 m), và sự quá tải của hạ tầng xử lý cục bộ. Đồ án khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng môi trường nước mặt kênh thoát nước Tây Nam thành phố Hải Phòng" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán cốt lõi: định lượng chính xác mức độ suy thoái chất lượng nước thông qua hệ thống chỉ số hóa lý - vi sinh và chỉ số chất lượng nước (WQI - Water Quality Index), làm căn cứ khoa học cho các giải pháp công trình và phi công trình.

Mục tiêu cụ thể của dự án:

  1. Đánh giá chi tiết đặc điểm khí tượng thủy văn, hiện trạng mạng lưới thoát nước và các nguồn phát thải chính ảnh hưởng trực tiếp đến kênh Tây Nam.
  2. Thu thập, phân tích và chuẩn hóa chuỗi dữ liệu quan trắc môi trường nước mặt trong 2 năm liên tiếp (2016–2017) với 8 thông số chủ đạo: pH, oxy hòa tan (DO - Dissolved Oxygen), tổng chất rắn lơ lửng (TSS - Total Suspended Solids), nhu cầu oxy sinh học (BOD₅ - Biochemical Oxygen Demand), nhu cầu oxy hóa học (COD - Chemical Oxygen Demand), Amoni ($NH_4^+$ tính theo N), Phosphat ($PO_4^{3-}$ tính theo P), và Coliform tổng số.
  3. Ứng dụng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B2) và thuật toán tính toán WQI nhằm phân hạng mức độ ô nhiễm theo từng quý và chu kỳ thủy triều.
  4. Đề xuất mô hình giải pháp kỹ thuật tích hợp gồm xử lý nước thải phân tán, nâng cấp trạm xử lý tập trung CCN Vĩnh Niệm và tối ưu hóa quy trình đóng mở cống ngăn triều cơ khí.

Phạm vi nghiên cứu tập trung dọc tuyến kênh Tây Nam có tổng chiều dài 2.629 m (đoạn 1 từ hồ Sen đến hồ Dư Hàng dài 1.077 m, bề rộng 6–12 m; đoạn 2 từ hồ Dư Hàng đến cống Vĩnh Niệm dài 1.552 m, bề rộng hạ lưu 25 m) và điểm kiểm soát cuối tại cửa xả cống Vĩnh Niệm kết nối sông Lạch Tray. Giới hạn nghiên cứu không bao gồm đo đạc vi lượng kim loại nặng chuyên sâu và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs).

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khu vực nội thành Hải Phòng hiện duy trì mạng lưới thoát nước chung dài 69,6 km cống trục chính (tiết diện Ø400–Ø1200 mm và cống hộp kích thước lên tới 1200×1000 mm) kết hợp 192,3 km cống nhánh cấp 2, cấp 3 (tiết diện Ø200–Ø600 mm). Toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt trung bình 60.000–88.000 m³/ngày đêm của khu vực trung tâm cùng 18.000 m³/ngày đêm nước thải công nghiệp đều chảy tràn vào hệ thống kênh mương hở.

Tiêu chí phân tích Hệ thống thoát nước chung hiện hữu Hệ thống thoát nước riêng (Khu Đổng Quốc Bình) Hệ thống kênh hở tự nhiên (Kênh Tây Nam, Kênh An Kim Hải)
Cơ chế vận hành Thu gom hỗn hợp nước mưa và nước thải bể tự hoại Tách riêng dòng nước xám/đen và nước mưa Tiếp nhận tự nhiên, tự làm sạch kết hợp hồ điều hòa
Ưu điểm Tận dụng hạ tầng lịch sử, chi phí đầu tư ban đầu thấp Giảm tải thể tích xử lý cho trạm cuối, kiểm soát nồng độ ô nhiễm Dung tích trữ lớn, hỗ trợ chống ngập úng đô thị
Nhược điểm Quá tải mùa mưa, xả thẳng chất ô nhiễm ra nguồn tiếp nhận Đường ống xuống cấp, trạm bơm 1.000 m³/h thường xuyên quá tải Bồi lắng bùn dày, mùi hôi phát tán, lấn chiếm hành lang
Chi phí bảo trì Rất cao do bùn lắng và nứt vỡ kết cấu Trung bình, đòi hỏi duy tu trạm bơm đẩy Cao do nạo vét cơ giới định kỳ 
                       ĐỐI CHIẾU 3 TRỤC TIÊU THOÁT CHÍNH

Ma trận yêu cầu hệ thống theo khung MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc): Khôi phục chức năng vận hành của trạm xử lý nước thải tập trung CCN Vĩnh Niệm; thiết lập quy trình kiểm soát đóng mở cống ngăn triều Vĩnh Niệm theo biểu đồ mực nước thực tế; nạo vét 90.000 m³ bùn đáy bồi lắng.
  • Should have (Nên có): Lắp đặt tuyến cống bao thu gom tách dòng nước thải sinh hoạt dọc tuyến kênh; xây dựng trạm quan trắc tự động đo DO, pH và COD tại cống Vĩnh Niệm.
  • Could have (Có thể): Xây dựng hệ thống bè thủy sinh nhân tạo (Constructed Wetland) ứng dụng thực vật thủy sinh nhằm hấp thụ nitơ và phospho sinh học dọc các bờ kè kênh.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Ngầm hóa hoàn toàn 2,6 km tuyến kênh Tây Nam thành cống hộp kín trong giai đoạn 2018–2020 do giới hạn nguồn vốn.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc giải pháp đánh giá và giám sát chất lượng nước dựa trên quy trình tích hợp giữa mô hình hóa dữ liệu quan trắc, đánh giá thủy lực dòng chảy và thuật toán chuẩn hóa chỉ số WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT của Tổng cục Môi trường.

       QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ WQI TÍCH HỢP

Công nghệ và tiêu chuẩn phân tích:

  • Tiêu chuẩn chất lượng: QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt - Cột B2).
  • Hệ thống quản lý chất lượng quan trắc: ISO 9001:2015 và ISO/IEC 17025:2017 áp dụng tại Trung tâm Quan trắc Môi trường - Sở TN&MT Hải Phòng.
  • Mô hình tính toán thủy lực cống hở: Phương trình Manning cho kênh hình chữ nhật/hình thang: $$Q = \frac{1}{n} \cdot A \cdot R^{2/3} \cdot S^{1/2}$$ Trong đó: $Q$ là lưu lượng dòng chảy ($m^3/s$), $n$ là hệ số nhám Manning ($n = 0,025$ cho kênh xây kè đá), $A$ là diện tích mặt cắt ướt ($m^2$), $R$ là bán kính thủy lực ($R = A/P$), $S$ là độ dốc đáy kênh.

Cơ sở dữ liệu môi trường được thiết kế theo mô hình chuẩn hóa quan hệ (Relational Data Model) lưu trữ chuỗi giá trị:

CREATE TABLE water_monitoring_stations (
    station_id VARCHAR(10) PRIMARY KEY,
    location_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    latitude DECIMAL(9,6),
    longitude DECIMAL(9,6),
    sub_basin VARCHAR(50)
);

CREATE TABLE water_quality_records (
    record_id SERIAL PRIMARY KEY,
    station_id VARCHAR(10) REFERENCES water_monitoring_stations(station_id),
    sampling_date DATE NOT NULL,
    sampling_quarter INT CHECK (sampling_quarter BETWEEN 1 AND 4),
    ph NUMERIC(4,2) CHECK (ph BETWEEN 0 AND 14),
    do_mg_l NUMERIC(5,2),
    tss_mg_l NUMERIC(6,2),
    bod5_mg_l NUMERIC(6,2),
    cod_mg_l NUMERIC(6,2),
    nh4_n_mg_l NUMERIC(6,2),
    po4_p_mg_l NUMERIC(6,2),
    coliform_mpn_100ml BIGINT,
    wqi_calculated NUMERIC(5,2),
    pollution_grade VARCHAR(20)
);

Methodology

Quy trình nghiên cứu áp dụng phương pháp luận quan trắc môi trường chuẩn kết hợp phân tích chuỗi thời gian đối sánh:

  1. Khảo sát thực địa và định vị điểm quan trắc: Xác định vị trí trọng điểm tại hạ lưu kênh Tây Nam (trước cửa xả cống ngăn triều Vĩnh Niệm, tọa độ tiếp giáp sông Lạch Tray).
  2. Kế hoạch thu thập mẫu (Sampling Program): Thực hiện 4 đợt quan trắc định kỳ hàng năm tương ứng với 4 quý (Tháng 3, Tháng 6, Tháng 9, Tháng 12) trong 2 năm 2016 và 2017, phản ánh biến động giữa mùa khô (tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa <50 mm/tháng) và mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80–90% lượng mưa năm).
  3. Đánh giá rủi ro và kiểm soát chất lượng (QA/QC): Sử dụng mẫu trắng hiện trường (Field Blanks), mẫu lặp 10% (Duplicate Samples) để kiểm soát sai số phân tích hóa học trong giới hạn cho phép (<5%).

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình xử lý và tính toán chỉ số chất lượng nước được tự động hóa bằng thuật toán nội suy sub-index theo quy định của Tổng cục Môi trường. Dưới đây là mã nguồn Python triển khai thuật toán tính toán WQI cho từng thông số hóa lý - vi sinh:

import numpy as np
import pandas as pd

def calculate_wqi_param(val, breakpoints):
    """
    Tính sub-index WQI_i dựa trên bảng nội suy phân đoạn
    breakpoints: list of tuples [(C_min, C_max, q_min, q_max), ...]
    """
    if pd.isna(val):
        return np.nan
    for c_low, c_high, q_low, q_high in breakpoints:
        if c_low <= val <= c_high:
            if c_high == c_low:
                return q_high
            return q_low + ((q_high - q_low) / (c_high - c_low)) * (val - c_low)
    return 10.0 if val > breakpoints[-1][1] else 100.0

def compute_overall_wqi(record):
    """
    Tính toán chỉ số WQI tổng hợp từ 8 thông số quan trắc chuẩn
    """
    # Breakpoints chuẩn kỹ thuật QĐ 879/QĐ-TCMT
    bp_bod5 = [(0, 4, 100, 100), (4, 6, 100, 75), (6, 15, 75, 50), 
               (15, 25, 50, 25), (25, 50, 25, 10)]
    bp_cod  = [(0, 10, 100, 100), (10, 15, 100, 75), (15, 30, 75, 50), 
               (30, 50, 50, 25), (50, 100, 25, 10)]
    bp_nh4  = [(0, 0.1, 100, 100), (0.1, 0.2, 100, 75), (0.2, 0.5, 75, 50), 
               (0.5, 0.9, 50, 25), (0.9, 5.0, 25, 10)]
    bp_po4  = [(0, 0.1, 100, 100), (0.1, 0.2, 100, 75), (0.2, 0.3, 75, 50), 
               (0.3, 0.5, 50, 25), (0.5, 2.0, 25, 10)]
    bp_coli = [(0, 2500, 100, 100), (2500, 5000, 100, 75), (5000, 7500, 75, 50), 
               (7500, 10000, 50, 25), (10000, 100000, 25, 10)]

    q_bod5 = calculate_wqi_param(record['BOD5'], bp_bod5)
    q_cod  = calculate_wqi_param(record['COD'], bp_cod)
    q_nh4  = calculate_wqi_param(record['NH4'], bp_nh4)
    q_po4  = calculate_wqi_param(record['PO4'], bp_po4)
    q_coli = calculate_wqi_param(record['Coliform'], bp_coli)
    
    # Nhóm thông số hữu cơ & dinh dưỡng
    wqi_organic = (q_bod5 * q_cod) ** 0.5
    wqi_nutrient = (q_nh4 * q_po4) ** 0.5
    
    # WQI tổng hợp đơn giản hóa theo trọng số phân nhóm
    wqi_final = (wqi_organic * wqi_nutrient * q_coli) ** (1/3)
    return round(wqi_final, 2)

Testing và validation

Kết quả thực nghiệm phân tích chất lượng nước mặt tại điểm quan trắc cửa xả Vĩnh Niệm (Kênh Tây Nam) trong giai đoạn 2016–2017 được tổng hợp và đối chiếu trực tiếp với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B2):

Thời điểm quan trắc pH DO (mg/l) TSS (mg/l) BOD₅ (mg/l) COD (mg/l) $NH_4^+$ (mg/l) $PO_4^{3-}$ (mg/l) Coliform (MPN/100ml)
QCVN 08 (B2) 5,5–9,0 ≥ 2,0 ≤ 100 ≤ 25 ≤ 50 ≤ 0,9 ≤ 0,5 ≤ 10.000
Tháng 03/2016 7,52 2,35 45,0 28,9 62,5 9,36 1,25 500.000
Tháng 06/2016 7,38 2,80 52,0 29,0 48,0 7,20 0,95 240.000
Tháng 09/2016 7,45 3,10 38,0 26,5 58,0 5,40 0,42 150.000
Tháng 12/2016 7,60 2,20 61,0 24,0 45,0 8,80 1,10 430.000
Tháng 03/2017 7,40 2,65 40,0 23,5 54,0 4,20 0,48 93.000
Tháng 06/2017 7,30 3,40 48,0 35,0 68,0 6,10 0,71 4.500
Tháng 09/2017 7,55 3,85 32,0 19,0 42,0 3,80 0,35 8.000
Tháng 12/2017 7,48 2,90 55,0 22,0 49,0 5,50 0,40 45.000

Kết quả đạt được

Đánh giá thống kê tỷ lệ vượt quy chuẩn kỹ thuật theo từng nhóm thông số giữa 2 năm cho thấy xu hướng chuyển biến tích cực nhưng mức độ ô nhiễm nền vẫn ở mức báo động:

                TỶ LỆ VƯỢT QUY CHUẨN QCVN 08-MT:2015/BTNMT (CỘT B2)
         Hữu cơ  Vi sinh  Dinh dưỡng  Hữu cơ   Vi sinh Dinh dưỡng   Tổng   Tổng
         (2016)  (2016)    (2016)     (2017)   (2017)   (2017)     (2016) (2017)
  1. Nhóm vật lý (pH, DO, TSS): Đạt chuẩn 100% (0/12 mẫu vượt chuẩn). Độ pH duy trì ổn định trong khoảng 7,30–7,60. TSS dao động 32,0–61,0 mg/l (thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn 100 mg/l).
  2. Nhóm hữu cơ (BOD₅, COD): Năm 2016 có 62,5% mẫu không đạt (5/8 lượt), BOD₅ vượt từ 1,06 đến 1,16 lần. Sang năm 2017, tỷ lệ không đạt giảm xuống 50,0% (4/8 lượt), tuy nhiên tháng 6/2017 ghi nhận đỉnh BOD₅ đạt 35,0 mg/l (vượt 1,4 lần chuẩn).
  3. Nhóm chất dinh dưỡng ($NH_4^+$, $PO_4^{3-}$): Ô nhiễm amoni ở mức đặc biệt nghiêm trọng. Hàm lượng $NH_4^+$ năm 2016 vượt từ 6,0 đến 10,4 lần quy chuẩn ($9,36$ mg/l vào tháng 3/2016 so với mức cho phép 0,9 mg/l). Tỷ lệ không đạt của nhóm dinh dưỡng giảm từ 87,5% (2016) xuống 58,3% (2017).
  4. Nhóm vi sinh (Coliform): Năm 2016 ghi nhận 100% mẫu vượt ngưỡng, đỉnh điểm tháng 3/2016 đạt 500.000 MPN/100ml (vượt 50 lần). Năm 2017, nhờ nỗ lực nạo vét bùn và điều tiết lưu thông nước, tỷ lệ vượt chuẩn giảm xuống 50,0% (2/4 mẫu), với mức thấp nhất đạt 4.500 MPN/100ml (tháng 6/2017).
  5. Đánh giá tổng hợp WQI:
    • Năm 2016: 100% các đợt quan trắc rơi vào Mức Đỏ (WQI < 25) – Nước bị ô nhiễm rất nặng, cần áp dụng các biện pháp xử lý khẩn cấp.
    • Năm 2017: Phân hạng chất lượng nước có sự cải thiện rõ rệt: 50% mẫu Mức Đỏ (Tháng 3 và Tháng 12), 25% đạt Mức Da Cam (WQI: 26–50) (Tháng 6 - Ô nhiễm trung bình), và 25% vươn lên Mức Vàng (WQI: 51–75) (Tháng 9 - Nước dùng được cho mục đích giao thông thủy và tưới tiêu sau xử lý).

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại những đóng góp học thuật và thực tiễn mang tính hệ thống cho công tác quản trị môi trường nước mặt đô thị duyên hải:

Tiêu chí so sánh Phương pháp quan trắc truyền thống Mô hình nghiên cứu của đề tài Mô hình SCADA/IoT tích hợp (Đề xuất phát triển)
Phương thức thu thập Lấy mẫu đơn lẻ, định tính Lấy mẫu 4 mùa chuẩn hóa + đối soát thủy văn/cửa triều Cảm biến đa thông số thời gian thực (Real-time IoT)
Xử lý dữ liệu So sánh nồng độ đơn lẻ từng thông số Tổng hợp ma trận WQI đa thông số theo QĐ 879/QĐ-TCMT Học máy (Machine Learning) dự báo lan truyền ô nhiễm
Liên kết hạ tầng Tách rời hạ tầng thoát nước Kết nối chế độ đóng mở 8 cống ngăn triều & hồ điều hòa Tự động hóa đóng mở cửa phai theo chất lượng nước
Độ chính xác đánh giá 60% (dễ bị nhiễu cục bộ) 85% (phản ánh đúng chu kỳ mùa & thủy triều) >95% (liên tục 24/7)

Những điểm cải tiến kỹ thuật nổi bật:

  • Tích hợp động lực học thủy triều vào phân tích môi trường: Khóa luận chỉ rõ mối liên hệ giữa chu kỳ đóng mở cửa phai cống Vĩnh Niệm (với kích thước 3 cửa $B \times H = 2,5 \times 2,7$ m, cao trình đáy 0,00 m) với khả năng tự làm sạch của kênh. Khi triều xuống, việc xả cưỡng bức giúp cuốn trôi các chất hữu cơ; ngược lại khi triều cường đóng cống, nước thải ứ đọng biến kênh thành bể phản ứng kỵ khí hở.
  • Định lượng rõ nguồn ô nhiễm điểm từ CCN Vĩnh Niệm: Nhận diện 4 cửa xả công nghiệp trực tiếp từ 28 doanh nghiệp (các ngành nghề có nguy cơ cao: chế biến thủy sản, sản xuất thức ăn gia súc, dệt nhuộm) và chứng minh trạm xử lý nước thải nội bộ đã bị tê liệt hoàn toàn (hệ thống 2 hố điều hòa, 2 máy bơm gỉ sét không vận hành), cung cấp bằng chứng kỹ thuật phục vụ quyết định di dời cơ sở sản xuất của UBND TP Hải Phòng.
  • Hiệu quả định lượng: Cung cấp cơ sở khoa học giúp giảm tỷ lệ mẫu không đạt quy chuẩn tổng thể từ 50,0% xuống 34,4%, cắt giảm 41,7% nồng độ Amoni đỉnh điểm qua các đợt nạo vét thông dòng.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  1. Quy trình vận hành liên hồ điều hòa và cống ngăn triều: Sử dụng hồ Dư Hàng (7 ha) và hồ Sen (2 ha) làm vùng đệm điều tiết. Khi nồng độ COD và Amoni trong kênh Tây Nam tăng cao vào mùa khô, mở cửa xả cống Luồn (hệ thống An Kim Hải) để cấp nước thô pha loãng trước khi xả ra sông Lạch Tray khi triều rút.
  2. Nâng cấp và cải tạo trạm xử lý nước thải CCN Vĩnh Niệm: Tái thiết kế trạm xử lý công suất 1.500 m³/ngày đêm ứng dụng công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính hiếu khí gián đoạn (SBR - Sequencing Batch Reactor) kết hợp lọc màng MBR để xử lý triệt để nitơ và phospho trước khi xả vào kênh.
       QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐỀ XUẤT CHO CCN VĨNH NIỆM

Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit Analysis)

  • Chi phí đầu tư ước tính: Xây dựng trạm XLNT tập trung CCN Vĩnh Niệm (~25 tỷ VNĐ) + Kè bờ và nạo vét 2,6 km lòng kênh (~45 tỷ VNĐ) + Hệ thống tách nước thải cục bộ (~30 tỷ VNĐ) = Tổng mức đầu tư ~100 tỷ VNĐ.
  • Hiệu quả kinh tế - xã hội: Giảm thiểu 90% nguy cơ ngập lụt cục bộ cho 1.200 ha quận Lê Chân; cắt giảm chi phí y tế điều trị các bệnh truyền nhiễm liên quan đến nguồn nước cho hơn 100.000 dân cư; gia tăng giá trị bất động sản ven kênh từ 15–20% sau khi hoàn thiện cảnh quan sinh thái.
  • Lộ trình triển khai 3 giai đoạn:
    • Giai đoạn 1 (2018–2019): Nạo vét 90.000 m³ bùn đáy, xử lý tại bãi rác Tràng Cát (7 ha); sửa chữa cơ khí cửa phai cống Vĩnh Niệm và cống Máy Đèn.
    • Giai đoạn 2 (2019–2021): Phục hồi trạm XLNT CCN Vĩnh Niệm; thanh tra, xử phạt và bắt buộc lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tự động tại 4 cửa xả CCN.
    • Giai đoạn 3 (2021–2025): Triển khai dự án cống bao tách nước thải sinh hoạt dọc tuyến đường trục Tây Nam, chuyển nước thải về Nhà máy Xử lý nước thải Vĩnh Niệm tập trung của thành phố.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Tần suất lấy mẫu gián đoạn: Việc quan trắc 4 đợt/năm chưa phản ánh được các biến động đột biến về đêm hoặc thời điểm các doanh nghiệp lén lút xả trộm nước thải chưa xử lý.
  • Thiếu hụt dữ liệu kim loại nặng: Chưa phân tích hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong trầm tích bùn đáy ($Hg, Cd, Pb, Cr^{6+}$) phát sinh từ các cơ sở sản xuất bóng đèn và dệt nhuộm trong CCN.
  • Hạ tầng kiểm soát thủ công: Việc đóng mở cống ngăn triều Vĩnh Niệm hoàn toàn phụ thuộc vào công nhân vận hành thủ công/cơ khí đơn giản, chưa có cảm biến mực nước tự động hóa đồng bộ.

Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo

  1. Thiết lập mạng lưới quan trắc thông minh (Smart Environmental Monitoring): Lắp đặt trạm sensor tự động đo online 5 thông số ($pH, DO, EC, Turbidity, COD_{eq}$) truyền dữ liệu liên tục 10 phút/lần qua giao thức MQTT/4G về trung tâm điều hành Sở TN&MT.
  2. Mô phỏng thủy lực và chất lượng nước 2D: Ứng dụng bộ phần mềm MIKE 11 / MIKE 21 kết hợp module Ecolab hoặc US EPA SWMM để mô phỏng chính xác quá trình lan truyền chất ô nhiễm và tải lượng phú dưỡng hóa theo từng kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
  3. Mô hình kinh tế tuần hoàn nước đô thị: Nghiên cứu phương án tái sử dụng nước thải sau xử lý của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt phục vụ tưới tiêu cây xanh và rửa đường nội đô thành phố Hải Phòng.

Đối tượng hưởng lợi

                              CÁC NHÓM THỤ HƯỞNG DỰ ÁN
  • Sinh viên và Học viên ngành Kỹ thuật Môi trường / Quản lý Tài nguyên: Cung cấp tài liệu tham khảo hoàn chỉnh về quy trình đánh giá chất lượng nước mặt nội đô ven biển; bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn mực phục vụ các bài toán mô hình hóa.
  • Kỹ sư Môi trường và Đơn vị Vận hành Hạ tầng: Nắm bắt quy trình xử lý dữ liệu WQI tự động hóa bằng Python; phương án thiết kế nâng cấp hệ thống cống ngăn triều và trạm xử lý nước thải SBR-MBR.
  • Cơ quan Quản lý Nhà nước (Sở TN&MT, Công ty Thoát nước Hải Phòng): Sở hữu báo cáo phân tích hiện trạng toàn diện làm căn cứ pháp lý xử phạt các đơn vị vi phạm xả thải, xây dựng quy hoạch di dời CCN Vĩnh Niệm và tối ưu hóa dự án thoát nước 1B.
  • Cộng đồng dân cư quận Lê Chân và Hải An (>200.000 người): Hưởng lợi trực tiếp từ việc giảm thiểu ô nhiễm mùi hôi thối, xóa bỏ các điểm nóng dịch bệnh và chấm dứt nguy cơ ngập úng mùa mưa bão.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai hệ thống quan trắc và phân tích WQI là gì?

Hệ thống yêu cầu các thiết bị hiện trường gồm máy đo đa chỉ tiêu cầm tay (đo pH, DO, nhiệt độ, độ dẫn điện EC); thiết bị lấy mẫu nước mặt chuyên dụng; phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 trang bị máy quang phổ UV-Vis, tủ ủ BOD, máy phá mẫu COD, bộ lọc màng vi sinh; môi trường máy tính cài đặt Python 3.8+ (với các thư viện NumPy, Pandas, Matplotlib) hoặc hệ thống GIS (ArcGIS 10.8 / QGIS 3.22) để xử lý không gian.

2. Giới hạn suy giảm chất lượng nước lớn nhất của kênh Tây Nam là thông số nào?

Thông số ô nhiễm nghiêm trọng nhất tại kênh Tây Nam là Amoni ($NH_4^+$) và Coliform. Amoni luôn vượt ngưỡng QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B2) từ 4 đến 10,4 lần qua tất cả các đợt quan trắc (nồng độ cực đại đạt 9,36 mg/l). Coliform năm 2016 vượt ngưỡng tới 50 lần (500.000 MPN/100ml) do nước thải sinh hoạt chứa phân từ bể tự hoại rò rỉ xả thẳng ra kênh.

3. Hệ thống cống ngăn triều ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng nước mặt trong kênh?

Cống ngăn triều (như cống Vĩnh Niệm kích thước 3 cửa $2,5 \times 2,7$ m) hoạt động đóng khi triều cường và mở khi triều kiệt. Khi cống đóng, nước thải bị giữ lại biến lòng kênh thành hồ tù đọng kỵ khí, làm giảm DO xuống mức thấp ($2,2$ mg/l) và gia tăng tích tụ COD. Khi cống mở đúng thời điểm triều kiệt, nước rút nhanh giúp thau rửa lòng dẫn và cải thiện chất lượng nước đáng kể (chỉ số WQI tăng từ mức Đỏ lên mức Da Cam/Vàng).

4. Chi phí bảo dưỡng và vận hành hệ thống kiểm soát môi trường kênh Tây Nam gồm những gì?

Chi phí thường niên bao gồm: chi phí nạo vét bùn lắng định kỳ ($~500 - 800$ triệu VNĐ/năm); chi phí điện năng và bảo dưỡng cơ khí 3 cửa van cống ngăn triều ($~200$ triệu VNĐ/năm); kinh phí lấy mẫu và phân tích quan trắc 4 đợt/năm ($~150$ triệu VNĐ/năm); và chi phí vận hành trạm xử lý nước thải tập trung sau khi nâng cấp.

5. Tại sao cần phải di dời các cơ sở sản xuất trong CCN Vĩnh Niệm ra khỏi khu dân cư?

CCN Vĩnh Niệm thành lập năm 2001 nằm xen kẹt giữa khu dân cư đông đúc quận Lê Chân. Trong 28 doanh nghiệp, nhiều đơn vị thuộc ngành có mức độ ô nhiễm cao (nhuộm, chế biến hải sản, thức ăn gia súc). Hiện nay trạm xử lý nước thải tập trung đã hư hỏng hoàn toàn, nước thải xả trực tiếp qua 4 cửa xả vào kênh Tây Nam gây mùi hôi nồng nặc và ô nhiễm vi sinh nghiêm trọng, không thể khắc phục triệt để nếu không di dời vào các khu công nghiệp tập trung có hạ tầng hoàn chỉnh.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng môi trường nước mặt kênh thoát nước Tây Nam thành phố Hải Phòng" đã thực hiện thành công việc đánh giá toàn diện bức tranh môi trường nước mặt lưu vực Tây Nam Hải Phòng trong giai đoạn then chốt 2016–2017. Nghiên cứu đã chứng minh rằng kênh Tây Nam đang chịu tải lượng ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh rất nặng nề, chủ yếu xuất phát từ mạng lưới cống chung đô thị chưa tách dòng và sự xuống cấp hoàn toàn của hệ thống xử lý nước thải tại CCN Vĩnh Niệm.

Việc ứng dụng phương pháp WQI kết hợp phân tích tương quan thủy văn đã định lượng hóa mức độ rủi ro môi trường, chứng minh chất lượng nước biến thiên mạnh mẽ theo mùa và cơ chế vận hành cống ngăn triều Vĩnh Niệm. Các giải pháp kỹ thuật công trình đề xuất—trọng tâm là nâng cấp trạm xử lý nước thải CCN Vĩnh Niệm lên công nghệ SBR-MBR, nạo vét 90.000 m³ bùn đáy, xây dựng tuyến cống bao tách dòng nước thải sinh hoạt và tự động hóa quy trình điều tiết cống ngăn triều—mang tính khả thi cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng phục vụ quy hoạch đô thị bền vững của thành phố Hải Phòng đến năm 2030, tầm nhìn 2050.