Luận Văn Thạc Sĩ Đánh Giá Lượng Khí CO2 Bốc Thoát Từ Hệ Thống Sông Hồng Dưới Tác Động Của Con Người

Luận văn thạc sĩ phân tích đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng, tập trung vào tác động của hoạt động con người đến môi trường.

• Tác giả: Hoàng Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thị Phương Quỳnh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục đích nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG
• 1.1.1. Giới thiệu chung về lưu vực sông Hồng
• 1.1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình, địa chất và thổ nhưỡng
• 1.1.1.2. Đặc điểm khí hậu
• 1.1.1.3. Đặc điểm thủy văn và hệ thống các hồ chứa
• 1.1.1.4. Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số
• 1.1.2. Các nguồn thải ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Hồng
• 1.1.2.1. Nguồn nước thải sinh hoạt
• 1.1.2.2. Nguồn thải từ hoạt động sản xuất công, nông nghiệp
• 1.1.2.3. Các nguồn thải khác
• 1.1.3. Các nguồn phát thải khí CO2
• 1.2. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỐC ĐỘ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG TRÊN THẾ GIỚI
• 1.2.1. Một số nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.2. Công trình nghiên cứu ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
• 2.1.1. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Thu thập số liệu
• 2.2.2. Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trường
• 2.2.3. Phương pháp xử lý, bảo quản và vận chuyển mẫu
• 2.2.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý tại hiện trường
• 2.2.5. Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm
• 2.2.5.1. Xác định hàm lượng TSS và POC
• 2.2.5.2. Xác định hàm lượng COD
• 2.2.6. Phương pháp tính toán pCO2 và tốc độ bốc thoát CO2
• 2.2.7. Các phương pháp xử lý kết quả
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hàm lượng bicarbonate HCO3- và pH trong nước hệ thống sông Hồng
• 3.2. Hàm lượng các chất hữu cơ trong hệ thống nước sông Hồng trong giai đoạn hiện nay
• 3.3. Một số thông số khác
• 3.4. BỐC THOÁT KHÍ CO2 TRONG HỆ THỐNG NƯỚC SÔNG HỒNG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY (2019)
• 3.4.1. Áp suất riêng phần CO2 (pCO2) tại bề mặt nước sông Hồng từ thượng nguồn đến hạ lưu
• 3.4.2. Tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nước sông Hồng vào khí quyển
• 3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG
• 3.5.1. Ảnh hưởng của xây dựng và vận hành các hồ chứa
• 3.5.2. Ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất
• 3.5.3. Ảnh hưởng của gia tăng dân số
• 3.6. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ KHÁC TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG
• 3.6.1. Các điều kiện tự nhiên
• 3.6.2. Các yếu tố môi trường
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ với đề tài 'Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người' được thực hiện bởi Hoàng Thị Thu Hà dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Thị Phương Quỳnh. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá sự thay đổi của áp suất riêng phần CO2 (pCO2) và tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nước sông Hồng vào khí quyển. Đây là một phần quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về chu trình cacbon toàn cầu và biến đổi khí hậu. Nghiên cứu cũng xem xét các yếu tố tác động của con người như xây dựng hồ chứa, thay đổi sử dụng đất, và gia tăng dân số đến quá trình bốc thoát khí CO2.

1.1. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là đánh giá sự thay đổi theo không gian và thời gian của pCO2 và fCO2 từ bề mặt nước sông Hồng. Nghiên cứu cũng nhằm bước đầu đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tác động của con người như xây dựng hồ chứa, thay đổi sử dụng đất, và gia tăng dân số đến quá trình bốc thoát khí CO2.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là tốc độ bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sông Hồng địa phận Việt Nam, bao gồm các khu vực thượng nguồn, đồng bằng, và hạ lưu.

II. Tổng quan về sông Hồng

Sông Hồng là một trong những con sông lớn nhất ở Châu Á, chảy qua ba quốc gia: Việt Nam, Trung Quốc, và Lào. Lưu vực sông Hồng có diện tích khoảng 169.900 km², trong đó phần diện tích tại Việt Nam chiếm 51,7%. Sông Hồng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, và sinh hoạt của người dân. Tuy nhiên, sông Hồng cũng đang chịu nhiều tác động từ các hoạt động của con người, dẫn đến sự thay đổi về chất lượng nước và phát thải khí CO2.

2.1. Đặc điểm địa lý và thủy văn

Sông Hồng có nguồn gốc từ Trung Quốc, chảy qua Lào và đổ vào Việt Nam. Hệ thống sông Hồng bao gồm ba nhánh chính: sông Đà, sông Lô, và sông Thao. Lưu lượng nước trung bình của sông Hồng tại Sơn Tây là 3.800 m³/s, với tổng lượng dòng chảy hàng năm khoảng 120 tỷ m³. Đặc điểm thủy văn của sông Hồng chịu ảnh hưởng lớn từ khí hậu nhiệt đới gió mùa, với mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10.

2.2. Các nguồn thải ảnh hưởng đến chất lượng nước

Các nguồn thải chính ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Hồng bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, và nước thải nông nghiệp. Các hoạt động như xây dựng hồ chứa, thay đổi sử dụng đất, và gia tăng dân số cũng góp phần làm tăng ô nhiễm môi trường và phát thải khí CO2.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thu thập số liệu, lấy mẫu và đo đạc tại hiện trường, và phân tích trong phòng thí nghiệm để đánh giá pCO2 và fCO2. Các thông số được đo đạc bao gồm pH, hàm lượng bicarbonate (HCO₃⁻), và các chất hữu cơ trong nước. Nghiên cứu cũng sử dụng các phương pháp tính toán để xác định tốc độ bốc thoát khí CO2 từ bề mặt nước sông Hồng.

3.1. Thu thập số liệu và lấy mẫu

Các số liệu về chất lượng nước, khí tượng, thủy văn, và dân số được thu thập từ các nguồn tài liệu khác nhau. Mẫu nước được lấy tại 12 vị trí khác nhau trên hệ thống sông Hồng, từ thượng nguồn đến hạ lưu. Các mẫu được bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích.

3.2. Phân tích trong phòng thí nghiệm

Các mẫu nước được phân tích để xác định hàm lượng TSS (Tổng chất rắn lơ lửng), POC (Cacbon hữu cơ không tan), và COD (Nhu cầu oxy hóa học). Các phương pháp tính toán được sử dụng để xác định pCO2 và fCO2 từ các thông số đo đạc được.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự thay đổi đáng kể về pCO2 và fCO2 trên hệ thống sông Hồng. Các yếu tố tác động của con người như xây dựng hồ chứa, thay đổi sử dụng đất, và gia tăng dân số có ảnh hưởng lớn đến quá trình bốc thoát khí CO2. Nghiên cứu cũng chỉ ra mối liên hệ giữa ô nhiễm môi trường và phát thải khí CO2 từ sông Hồng.

4.1. Áp suất riêng phần CO2 pCO2

Kết quả đo đạc cho thấy pCO2 tại bề mặt nước sông Hồng dao động từ 400 đến 1.200 ppm, với giá trị cao nhất được ghi nhận tại các khu vực hạ lưu. Sự thay đổi này phản ánh ảnh hưởng của các nguồn thải từ hoạt động công nghiệp và nông nghiệp.

4.2. Tốc độ bốc thoát CO2 fCO2

Tốc độ bốc thoát fCO2 từ bề mặt nước sông Hồng vào khí quyển dao động từ 10 đến 50 mmol/m²/ngày. Các yếu tố như nhiệt độ nước, độ muối, và hàm lượng chất hữu cơ có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ bốc thoát khí CO2.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này đóng góp vào cơ sở dữ liệu về chuyển tải cacbon và phát thải khí CO2 từ hệ thống sông Hồng, một trong những con sông lớn của Châu Á. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà quy hoạch và quản lý lưu vực sông Hồng, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.

5.1. Đóng góp khoa học

Nghiên cứu cung cấp dữ liệu chi tiết về pCO2 và fCO2 từ sông Hồng, góp phần vào các nghiên cứu về chu trình cacbon toàn cầu. Đây là cơ sở quan trọng để hiểu rõ hơn về vai trò của các hệ thống sông trong việc điều hòa khí hậu.

5.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải thiện quản lý tài nguyên nước và giảm thiểu phát thải khí nhà kính từ các hệ thống sông. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Các hệ thống sông ngòi toàn cầu phát thải khoảng 1,8 PgC/năm khí CO2 vào khí quyển dù chỉ chiếm 0,47% tổng diện tích bề mặt Trái Đất. Trong đó, các dòng sông nhiệt đới Châu Á đóng góp tới 50% tổng tải lượng chất rắn lơ lửng toàn cầu, giữ vai trò then chốt trong chu trình cacbon nhưng đang chịu áp lực nhân sinh nghiêm trọng. Lưu vực sông Hồng có tổng diện tích tự nhiên 169.900 km2, trong đó phần lãnh thổ Việt Nam chiếm 51,7% tương đương 87.800 km2 với hơn 40 triệu dân sinh sống. Áp lực từ mật độ dân số cao lên tới 2.398 người/km2 tại Hà Nội, đi kèm thực trạng hơn 700.000 m3/ngày đêm nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý xả trực tiếp ra môi trường, cùng chuỗi hơn 50 công trình thủy điện thượng nguồn đã làm biến đổi sâu sắc chế độ thủy văn và cân bằng cacbon thủy vực.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá sự biến đổi không gian và thời gian của áp suất riêng phần CO2 (pCO2) cùng tốc độ bốc thoát khí CO2 (fCO2) từ bề mặt nước sông Hồng vào khí quyển. Phạm vi nghiên cứu bao quát 12 trạm quan trắc thủy văn và sông nội đô trải dài từ vùng thượng nguồn Yên Bái, Hòa Bình đến vùng hạ lưu Ba Lạt và khu vực đô thị Hà Nội trong suốt 12 tháng của năm 2019. Luận văn cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, phục vụ công tác kiểm kê khí nhà kính quốc gia và định lượng chính xác sự đóng góp của hệ thống sông nhiệt đới vào mô hình biến đổi khí hậu toàn cầu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai trục lý thuyết nền tảng trong khoa học môi trường và địa hóa sinh học:

Lý thuyết trao đổi khí tại giao diện nước - khí quyển chỉ ra rằng các dòng sông không chỉ đơn thuần là đường dẫn chuyển tải vật chất ra biển mà hoạt động như một lò phản ứng sinh hóa, nơi sự siêu bão hòa khí hòa tan thúc đẩy quá trình bốc thoát CO2 tự nhiên.

Lý thuyết cân bằng hệ đệm cacbonat mô tả sự dịch chuyển trạng thái hóa học giữa CO2 hòa tan, axit cacbonic, bicarbonate (HCO3-) và cacbonat (CO32-) phụ thuộc chặt chẽ vào độ pH của nước. Ở dải pH trung tính từ 6,9 đến 7,4 của sông Hồng, dạng tồn tại chủ yếu của cacbon vô cơ là ion HCO3-.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi trong nghiên cứu bao gồm: Áp suất riêng phần khí carbonic (pCO2), Tốc độ bốc thoát khí CO2 qua mặt nước (fCO2), Cacbon hữu cơ không tan (POC), Nhu cầu oxy hóa học (COD) và Hệ số truyền khí bề mặt (k600).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thiết lập qua chương trình quan trắc định kỳ hàng tháng từ tháng 1/2019 đến tháng 12/2019 tại 12 vị trí chiến lược, tạo nên bộ dữ liệu gồm 144 mẫu nước mặt. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích bao gồm 3 trạm hợp lưu thượng nguồn (Yên Bái, Vụ Quang, Hòa Bình), 2 trạm dòng chính (Sơn Tây, Hà Nội), 5 trạm phân lưu đồng bằng cửa sông (Ba Lạt, Trực Phương, Nam Định, Quyết Chiến, Gián Khẩu) và 2 điểm sông nội đô (sông Tô Lịch, sông Nhuệ).

Quy trình thu thập và bảo quản mẫu tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-6:2018 và TCVN 6663-3:2018, lấy mẫu tại độ sâu 30 cm giữa dòng chảy. Các chỉ tiêu pH, nhiệt độ, độ muối được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo tự động TOA WQC-22A. Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và POC được phân tích qua màng lọc sợi thủy tinh Whatman GF/F bằng phương pháp sấy ở 105°C trong 2 giờ và nung ở 550°C trong 4 giờ. Hàm lượng COD được xác định bằng phương pháp oxy hóa kali đicromat trên máy quang phổ Jasco V-630 ở bước sóng 600 nm. Hàm lượng HCO3- được xác định bằng chuẩn độ axit HCl 0,01M với chỉ thị methyl da cam.

Giá trị pCO2 được tính toán thông qua phần mềm chuẩn quốc tế CO2SYS dựa trên các hằng số nhiệt động học của Roy và Dickson. Tốc độ bốc thoát fCO2 được xác định qua mô hình động lực học Alin - Raymond kết hợp lưu lượng nước tại trạm Sơn Tây đạt 3.800 m3/s, độ sâu và độ dốc lòng dẫn. Phép kiểm định t-test và hệ số tương quan Pearson được xử lý trên phần mềm R version 3.2 để đảm bảo độ tin cậy thống kê cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hàm lượng ion bicarbonate (HCO3-) và áp suất pCO2 có sự phân hóa không gian sâu sắc. Giá trị HCO3- trung bình toàn hệ thống đạt 149,5 ± 89,4 mg/L, dao động trong biên độ cực rộng từ 87,3 mg/L đến 423,9 mg/L. Các điểm sông nội đô chịu tải lượng ô nhiễm cao như sông Tô Lịch ghi nhận giá trị HCO3- trung bình lên tới 365,7 ± 67,1 mg/L và sông Nhuệ đạt 307,5 mg/L, cao gấp từ 1,8 lần đến 3,0 lần so với các trạm thượng nguồn sông Đà tại Hòa Bình (102,8 ± 7,0 mg/L).

Thứ hai, tải lượng cacbon hữu cơ không tan (POC) và COD phản ánh áp lực nhân sinh rõ nét. Hàm lượng POC trung bình toàn lưu vực đạt 2,2 ± 1,1 mgC/L, thấp nhất tại trạm Hòa Bình với 1,3 ± 0,3 mgC/L và cao nhất tại sông Tô Lịch đạt 4,4 ± 1,3 mgC/L. Chỉ số COD toàn hệ thống đạt trung bình 28,9 mg/L, trong đó sông Tô Lịch vào mùa khô đạt đỉnh 88,6 ± 10,1 mg/L, cao hơn gấp 12 lần so với trạm Hòa Bình (6,9 ± 4,7 mg/L).

Thứ ba, sự sụt giảm nghiêm trọng của chất rắn lơ lửng (TSS) do các công trình thủy điện thượng nguồn. Hàm lượng TSS tại trạm hồ chứa Hòa Bình chỉ đạt mức 6,5 mg/L, thấp hơn 18 lần so với trạm Yên Bái trên sông Thao (120,9 mg/L) và thấp hơn 7,9 lần so với trạm Sơn Tây (51,6 mg/L). Sự suy giảm này làm thay đổi cơ chế hấp phụ và chuyển tải cacbon hữu cơ xuống hạ lưu.

Thứ tư, tính quy luật mùa thể hiện rõ rệt khi hàm lượng POC và tốc độ bốc thoát CO2 trong mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10) luôn cao hơn mùa khô từ 25% đến 45% tại hầu hết các trạm đo do quá trình xói mòn và rửa trôi đất bề mặt.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng đột biến của pCO2 và fCO2 tại khu vực hạ lưu và sông đô thị bắt nguồn từ quá trình khoáng hóa sinh học hiếu khí và yếm khí các hợp chất hữu cơ. Lưu lượng nước thải sinh hoạt khổng lồ từ Hà Nội cùng với khoảng 43 triệu m3/năm nước thải từ 700 làng nghề vùng đồng bằng sông Hồng đã cung cấp nguồn cơ chất hữu cơ dồi dào, kích thích vi sinh vật phân hủy và giải phóng một lượng lớn CO2 tự do vào tầng nước mặt.

So sánh với các nghiên cứu trên sông Dương Tử (Trường Giang), việc vận hành chuỗi hồ chứa thủy điện Sơn La và Hòa Bình đã tạo ra các bẫy lắng giữ phù sa, làm giảm lượng POC liên kết hạt và hạ thấp tốc độ bốc thoát khí CO2 ở các nhánh sông thượng lưu có đập. Về mặt trình bày dữ liệu, các biến thiên này được minh họa trực quan qua biểu đồ dạng hộp (box-plot) thể hiện sự tương phản mùa khô - mưa, biểu đồ đường thể hiện mặt cắt dọc pCO2 từ Yên Bái về Ba Lạt, cùng ma trận nhiệt (heatmap) thể hiện hệ số tương quan Pearson giữa COD, TSS, nhiệt độ và fCO2.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng khoa học thu được, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm kiểm soát ô nhiễm hữu cơ và giảm thiểu phát thải CO2:

Xây dựng và nâng cấp hệ thống thu gom, xử lý nước thải tập trung tại đô thị. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội và Bộ Xây dựng cần đẩy nhanh tiến độ các dự án nhà máy xử lý nước thải, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ xử lý nước thải sinh hoạt từ mức 20,62% hiện nay lên tối thiểu 60% vào năm 2028, nhằm giảm 40% tải lượng hữu cơ xả thẳng vào lưu vực sông Tô Lịch và sông Nhuệ.

Quy hoạch kiểm soát nguồn xả thải từ các làng nghề và khu công nghiệp. Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh Hà Nam, Nam Định, Hưng Yên cần hoàn thành việc lắp đặt hệ thống quan trắc xả thải tự động cho 100% các cụm công nghiệp và vùng làng nghề dọc lưu vực sông Nhuệ - Đáy trước năm 2027, áp dụng nghiêm ngặt quy chuẩn xả thải để cắt giảm 35% lượng COD phát sinh.

Thiết lập mạng lưới trạm quan trắc tự động liên tục đối với các thông số cacbon thủy vực. Bộ Tài nguyên và Môi trường cần đầu tư lắp đặt bổ sung 10 trạm quan trắc pCO2 và chất lượng nước tự động tại các vị trí xung yếu (như Yên Bái, Sơn Tây, Ba Lạt, sông Đáy) trong giai đoạn 2025-2027 nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu thời gian thực.

Tối ưu hóa quy trình điều tiết thủy văn liên hồ chứa gắn với bảo vệ môi trường. Tập đoàn Điện lực Việt Nam phối hợp cùng Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam định kỳ xả nước thau rửa dòng chảy hạ lưu vào mùa khô, giảm thiểu hiện tượng phân tầng yếm khí tại các hồ chứa nhằm kiểm soát phát thải khí nhà kính trong giai đoạn 2025-2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Quản lý Tài nguyên nước và Chi cục Bảo vệ Môi trường các tỉnh Đồng bằng sông Hồng có thể ứng dụng các số liệu thực tế về COD, POC, pCO2 để xây dựng hạn ngạch tiếp nhận nước thải và hoàn thiện báo cáo kiểm kê khí nhà kính quốc gia.

Nhóm viện nghiên cứu và trường đại học: Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Hải dương học, Biến đổi Khí hậu có thể kế thừa quy trình mô hình hóa CO2SYS, công thức truyền khí Alin - Raymond và bộ số liệu 144 mẫu nền để phát triển các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

Nhóm doanh nghiệp cấp thoát nước và công trình đô thị: Các đơn vị quản lý hạ tầng thoát nước và xử lý nước thải tại lưu vực sông Nhuệ - Đáy có thể sử dụng kết quả đánh giá ô nhiễm hữu cơ để tối ưu hóa vị trí các trạm bơm cưỡng bức và thiết kế công nghệ xử lý sinh học phù hợp.

Nhóm các tổ chức quốc tế và phi chính phủ về môi trường: Các chuyên gia của IPCC, WB, UNDP hoạt động trong lĩnh vực ứng phó biến đổi khí hậu có thể tích hợp số liệu phát thải thực nghiệm của lưu vực sông Hồng vào mô hình tính toán chu trình sinh địa hóa khu vực Đông Nam Á.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao bề mặt nước sông Hồng lại đóng vai trò là nguồn phát thải khí CO2 vào khí quyển?

Hệ thống sông tiếp nhận lượng lớn chất hữu cơ ngoại sinh từ nước thải sinh hoạt, nông nghiệp và xói mòn đất. Quá trình hô hấp vi sinh vật phân giải các chất này diễn ra mạnh mẽ hơn quá trình quang hợp nội tại, tạo ra sự siêu bão hòa pCO2 trong nước so với không khí (vượt ngưỡng 400 ppm), buộc CO2 phải bốc thoát qua bề mặt tiếp xúc.

Các hồ chứa thủy điện lớn ở thượng nguồn tác động như thế nào đến sự phát thải CO2 của dòng sông?

Hồ chứa như Hòa Bình làm chậm tốc độ dòng chảy và giữ lại tới 90% lượng bùn cát lơ lửng, làm giảm hàm lượng TSS từ 120,9 mg/L ở sông Thao xuống còn 6,5 mg/L ở sông Đà. Sự suy giảm vật liệu hạt này làm giảm lượng cacbon hữu cơ không tan (POC), khiến tốc độ bốc thoát CO2 tại vùng hạ lưu đập thấp hơn đáng kể so với các sông tự nhiên.

Nước thải chưa qua xử lý tại Hà Nội làm tăng áp suất pCO2 trong nước như thế nào?

Với hơn 700.000 m3/ngày đêm nước thải chưa qua xử lý xả vào các nhánh sông như Tô Lịch và Nhuệ, nồng độ COD tăng vọt lên tới 88,6 mg/L và HCO3- đạt trên 365,7 mg/L. Vi khuẩn dị dưỡng tiêu thụ oxy hòa tan để phân hủy chất hữu cơ, giải phóng lượng lớn CO2 tự do và làm gia tăng đột biến áp suất pCO2.

Tốc độ bốc thoát CO2 giữa mùa mưa và mùa khô có sự khác biệt ra sao?

Vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10), lượng mưa lớn rửa trôi lớp đất mặt giàu hữu cơ và gia tăng lưu lượng dòng chảy tại trạm Sơn Tây lên mức đỉnh điểm. Điều này làm tăng hệ số truyền khí k600 và lượng POC, đẩy tốc độ bốc thoát fCO2 vào mùa mưa cao hơn mùa khô khoảng 30% đến 45%.

Việc tính toán pCO2 qua phần mềm CO2SYS mang lại ưu thế gì so với đo đạc thực địa trực tiếp?

Phần mềm CO2SYS cho phép tính toán chính xác pCO2 từ các chỉ tiêu pH, nhiệt độ, độ muối và độ kiềm HCO3- với chi phí thực nghiệm thấp, dễ chuẩn hóa trên quy mô mẫu lớn (144 mẫu). Phương pháp này đã được cộng đồng khoa học quốc tế công nhận, đảm bảo tính nhất quán cao khi so sánh dữ liệu giữa các lưu vực sông trên thế giới.

Kết luận

• Luận văn đã xác lập bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về sự biến đổi không gian và thời gian của pCO2 và fCO2 trên toàn bộ lưu vực sông Hồng trong suốt năm 2019.
• Khẳng định hệ thống sông Hồng là nguồn phát thải ròng khí CO2 vào khí quyển, chịu sự chi phối đan xen giữa các yếu tố tự nhiên và hoạt động nhân sinh.
• Chứng minh rõ nét tác động của các công trình hồ chứa thủy điện trong việc giữ lại bùn cát lơ lửng, làm giảm hàm lượng POC tại vùng hạ lưu đập Hòa Bình xuống 1,3 mgC/L.
• Nhận diện các điểm nóng phát thải khí nhà kính tại các sông nội đô Hà Nội (Tô Lịch, Nhuệ) do tải lượng hữu cơ từ nước thải sinh hoạt và làng nghề chưa qua xử lý.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho mô hình chu trình cacbon toàn cầu tại khu vực nhiệt đới gió mùa Châu Á.

Về kế hoạch triển khai tiếp theo, các cơ quan quản lý cần tiến hành mở rộng mạng lưới quan trắc tự động khí nhà kính từ năm 2025 đến năm 2030, đồng thời tích hợp kiểm soát dòng phát thải cacbon vào quy hoạch quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Hồng. Các đơn vị nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách hãy chủ động khai thác nguồn tài liệu thực nghiệm này để xây dựng các giải pháp kỹ thuật công nghệ xử lý nước thải và tối ưu hóa vận hành hồ chứa nhằm hướng tới mục tiêu phát triển bền vững và giảm phát thải khí nhà kính quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hoàng Thị Thu Hà ĐÁNH GIÁ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Lê Thị Phƣơng Quỳnh Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều đƣợc tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Thị Thu Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trƣờng với đề tài “Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người’’ đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa Môi Trƣờng - Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài NAFOSTED 105.317 dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, từ khi nhận đề tài cho đến khi kết thúc thực nghiệm, em luôn nhận đƣợc sự quan tâm, động viên, hỗ trợ từ cô hƣớng dẫn. Bằng tất cả sự kính trọng, lòng biết ơn, em xin phép đƣợc gửi tới PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh lời cảm ơn chân thành nhất. Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho em đƣợc hoàn thành tốt luận văn này.

Em cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi trƣờng - Viện Công nghệ Môi trƣờng - Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện về cơ sở vật chất và hƣớng dẫn em hoàn thành chƣơng trình học tập và thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn tới toàn thể các anh chị trong phòng Hóa môi trƣờng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Dù không phải là cộng sự, không cùng làm việc, nhƣng gia đình luôn ở bên, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cả tinh thần và vật chất cho em đƣợc nghiên cứu khoa học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn, chân thành tới cha mẹ, gia đình đã cho em niềm tin, là chỗ dựa vững chắc trên con đƣờng làm khoa học cho em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu viết Tiếng Anh Tiếng Việt tắt BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa Biochemical oxygen demand BVTV Hóa chất Bảo vệ thực vật Pesticides CCN Cụm Công nghiệp Industrial clusters Chl-a Chlorophyll a Chlorophyll a COD Nhu cầu ôxy hóa học Chemical oxygen demand DOC Cacbon hữu cơ hòa tan Dissolved organic carbon ĐBSH Đồng Bằng sông Hồng Red River delta ĐNB Đông Nam Bộ South East of Vietnam GDP Tổng sản phẩm nội địa Gross Domestic Product KCN Khu Công nghiệp Industrial area KTTĐ Kinh tế trọng điểm Key economics OM Chất hữu cơ Organic matter POC Cacbon hữu cơ không tan Particulate organic carbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solids XLNT Xử lý nƣớc thải Wastewater treatment iv MỤC LỤC MỤC LỤC.

1 DANH MỤC BẢNG. 4 DANH MỤC HÌNH. Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích nghiên cứu.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG. Giới thiệu chung về lƣu vực sông Hồng. Vị trí địa lý, địa hình, địa chất và thổ nhƣỡng. Đặc điểm khí hậu.

Đặc điểm thủy văn và hệ thống các hồ chứa. Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số. Các nguồn thải ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Hồng. Nguồn nƣớc thải sinh hoạt.

Nguồn thải từ hoạt động sản xuất công, nông nghiệp. Các nguồn thải khác. Các nguồn phát thải khí CO2. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỐC ĐỘ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG TRÊN THẾ GIỚI.

Một số nghiên cứu trên thế giới. Công trình nghiên cứu ở Việt Nam. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ.

Dụng cụ và thiết bị. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Thu thập số liệu. Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trƣờng.

Phƣơng pháp xử lý, bảo quản và vận chuyển mẫu. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý tại hiện trƣờng. Phƣơng pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm. Xác định hàm lƣợng TSS và POC.

Xác định hàm lƣợng COD. Phƣơng pháp tính toán pCO2 và tốc độ bốc thoát CO2. Các phƣơng pháp xử lý kết quả. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Hàm lƣợng bicarbonate HCO3- và pH trong nƣớc hệ thống sông Hồng. Hàm lƣợng các chất hữu cơ trong hệ thống nƣớc sông Hồng trong giai đoạn hiện nay. Một số thông số khác. BỐC THOÁT KHÍ CO2 TRONG HỆ THỐNG NƢỚC SÔNG HỒNG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY (2019).

Áp suất riêng phần CO2 (pCO2) tại bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu. Tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nƣớc sông Hồng vào khí quyển. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG. Ảnh hƣởng của xây dựng và vận hành các hồ chứa.

Ảnh hƣởng của thay đổi sử dụng đất. Ảnh hƣởng của gia tăng dân số. ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ KHÁC TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG. Các điều kiện tự nhiên.

Các yếu tố môi trƣờng. 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 69 3 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.

Loại đất trên lƣu vực sông Hồng - Thái Bình. Một số thông số chính của các hồ chứa lớn đã và đang đƣợc xây dựng trên hệ thống sông Hồng trên địa phận Việt Nam [7]. Tỷ lệ phần trăm các ngành công nghiệp chính trong lƣu vực .1: Bảng danh mục một số hóa chất sử dụng .2: Bảng danh mục một số thiết bị sử dụng. Vị trí lấy mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019.

Nồng độ (mg/L) và thể tích (mL) các dung dịch chuẩn. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của pH và hàm lƣợng bicarbonate HCO3- trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của hàm lƣợng cacbon hữu cơ (POC và COD) trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của Chlorophyll-a, nhiệt độ nƣớc, độ muối và cát bùn lơ lửng trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019.

Giá trị áp suất riêng phần CO2 (pCO2) (ppm) tại bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu của 12 vị trí quan trắc trong năm 2019.6: Mối tƣơng quan giữa các thông số môi trƣờng, chất lƣợng nƣớc và pCO2/fCO2 , phần mềm thống kê R version [39]. 58 4 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Lƣu vực sông Hồng với các nhánh sông chính. Đập thủy điện Lai Châu và đập thủy điện Sơn La.

Mật độ dân số lƣu vực sông Hồng. Một số hình ảnh trồng rau trong vùng đồng bằng sông Hồng. Hình ảnh rác thải trên sông Hồng. Hệ thống sông Hồng và các vị trí lấy mẫu năm 2019.

Một số hình ảnh lấy mẫu nƣớc tại hiện trƣờng. Màn hình tính giá trị pCO2 tại vị trí trạm Vụ Quang thuộc sông Hồng. Giá trị trung bình pH và HCO3- tại 12 điểm quan trắc trên hệ thống sông Hồng năm 2019. Giá trị POC trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019.

Giá trị COD trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019. pCO2 trung bình (ppm) của các trạm. Biến đối giá trị pCO2 (ppm) theo các tháng tại các vị trí quan trắc năm 2019. Giá trị pCO2 (ppm) theo trung bình năm và trrung bình mùa mƣa - khô tại các trạm quan trắc trên sông Hồng năm 2019.7: Biến đổi giá trị fCO2 (mmol/m2/ngày) theo các tháng quan trắc tại 5 vị trí năm 2019 .8 : Giá trị trung bình tốc độ bốc thoát fCO2 của 5 trạm trạm quan trắc năm 2019 trên sông Hồng .9 : Giá trị trung bình fCO2 vào mùa mƣa và mùa khô tại 5 vị trí quan trắc năm 2019.

Tính cấp thiết của đề tài Trong tính toán chu trình cacbon toàn cầu, phát thải CO2 vào khí quyển và chuyển tải cacbon từ các hệ thống sông đổ ra biển, ảnh hƣởng tới biến đổi khí hậu toàn cầu đóng vai trò rất quan trọng. Gần đây, nghiên cứu về tốc độ bốc thoát khí CO2 và cacbon đổ ra biển từ các dòng sông Châu Á đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm Theo các nghiên cứu trƣớc đây, các dòng sông Châu Á chiếm khoảng 50% tổng tải lƣợng chất rắn lơ lửng (TSS) từ các hệ thống sông trên toàn thế giới [1]. Tuy nhiên, sự thay đổi về TSS và lƣu lƣợng nƣớc sông trong những thập kỷ gần đây đã đƣợc quan sát rõ rệt đối với nhiều sông Châu Á do việc xây dựng và vận hành các hồ chứa [2, 3]. Suy giảm một lƣợng lớn TSS trong các hệ thống sông sẽ dẫn tới giảm lƣợng khí chứa cacbon phát thải từ sông vào không khí, giảm tải lƣợng cacbon đổ ra biển do có mối liên hệ chặt chẽ giữa TSS và cacbon hữu cơ không tan trong nƣớc sông.

Kết quả nghiên cứu của Wang và cs., [4] cho thấy giảm hàm lƣợng TSS kéo theo làm giảm cacbon hữu cơ gắn kết trong nƣớc sông Yangtze và theo đó hàm lƣợng và tốc độ bốc thoát CO 2 suy giảm rõ rệt, hiện nay chỉ thấp bằng 1/3 so với những năm 1960s. Nhƣ vậy, cần có những tính toán chính xác tải lƣợng TSS, cacbon chuyển tải ra biển, cùng với tốc độ bốc thoát cacbon từ các hệ thống sông lớn ở châu Á để hoàn thiện các tính toán chu trình cacbon toàn cầu. Vùng thƣợng lƣu sông Hồng, các hoạt động của con ngƣời nhƣ thay đổi hiện trạng sử dụng đất, trong đó có nạn phá rừng, xây dựng các hồ chứa.