Giới thiệu dự án
Hệ thống thủy lợi (HTTL) Liễn Sơn giữ vai trò huyết mạch trong việc đảm bảo an ninh nguồn nước nông nghiệp và dân sinh cho tỉnh Vĩnh Phúc, cấp nước tưới trực tiếp cho 24.876 ha đất canh tác, 1.709 ha cây lâu năm, 1.788 ha nuôi trồng thủy sản thuộc 7 huyện, thành phố (Lập Thạch, Tam Dương, Vĩnh Tường, TP. Vĩnh Yên, Yên Lạc, Bình Xuyên, Phúc Yên) và một phần diện tích của TP. Việt Trì (Phú Thọ) cùng huyện Mê Linh (Hà Nội). Tuy nhiên, trước sức ép đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng tại vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, hệ thống kênh tưới tiêu Liễn Sơn đang chịu tải lượng ô nhiễm nghiêm trọng, biến đổi từ chức năng thủy nông thuần túy thành nơi tiếp nhận nước thải đa nguồn.
+----------------------------------------------+
| NGUỒN CẤP ĐẦU VÀO HTTL LIỄN SƠN |
| - Đập Liễn Sơn (Sông Phó Đáy): Q = 17.0 m3/s |
| - TB Bạch Hạc (Sông Lô): Q = 11.2 m3/s |
| - TB Đại Định (Sông Hồng): Q = 11.2 m3/s |
+----------------------+-----------------------+
|
v
+---------------------------------------------------------------------------------+
| HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH & PHÂN PHỐI (Kênh Tả Ngạn 50.1 km, Hữu Ngạn 18.1 km, 6A, 6B) |
| - Nước thải sinh hoạt đô thị/nông thôn: 22.811,18 m3/ngày-đêm |
| - Nước thải KCN Khai Quang, CCN Lai Sơn, Tề Lỗ: 9.456,75 m3/ngày-đêm |
| - Nước thải sản xuất ngoài KCN/CCN: 5.422,32 m3/ngày-đêm |
| - Nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm: 2.433,69 m3/ngày-đêm |
| - Nước thải làng nghề tái chế, chế biến: 718,75 m3/ngày-đêm |
| - Nước thải y tế (bệnh viện, phòng khám): 507,97 m3/ngày-đêm |
+----------------------------------------+----------------------------------------+
|
v
+----------------------------------------------+
| TRỤC TIÊU THOÁT CHÍNH (LƯU VỰC SÔNG PHAN) |
| - Chiều dài: 86 km dòng chính |
| - Tiếp nhận: 34.000 - 43.000 m3 nước thải/ng |
| - Tải lượng xả không qua xử lý: 51,00% |
| - Xuất hiện hiện tượng yếm khí cục bộ |
+----------------------+-----------------------+
|
v
+----------------------------------------------+
| CỬA THOÁT DUY NHẤT |
| - Sông Cà Lồ (Xã Nam Viêm) -> Sông Cầu |
+----------------------------------------------+
Vấn đề thực tiễn (Problem Statement)
Kết quả điều tra tải lượng cho thấy mỗi ngày hệ thống tiếp nhận trên 41.350 m3 nước thải, trong đó tỷ lệ chưa qua xử lý chiếm tới 51,00%. Riêng lưu vực trục chính sông Phan phải gánh chịu từ 34.000 đến 43.000 m3/ngày-đêm nước thải cùng hàng trăm tấn rác thải sinh hoạt, phế phẩm làng nghề. Nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu (QCVN 08-MT:2015/BTNMT, Cột B1):
- $BOD_5$ vượt từ 1,9 đến 2,2 lần.
- $COD$ vượt từ 2,6 đến 2,8 lần.
- Amoni ($N\text{-}NH_4^+$) vượt từ 1,2 đến 1,6 lần.
- Hàm lượng oxy hòa tan ($DO$) tại nhiều phân đoạn tụt giảm dưới 1,0 mg/L, gây phú dưỡng hóa và cạn kiệt khả năng tự làm sạch của dòng chảy.
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng và quy luật diễn biến không gian - thời gian của chất lượng nước (CLN) trên toàn hệ thống Liễn Sơn qua chuỗi số liệu quan trắc 3 năm (2018–2020) với 19 đợt khảo sát tại 15 vị trí trọng điểm.
- Kiểm kê, phân loại và định lượng tải lượng 6 nguồn xả thải chính đổ vào hệ thống (sinh hoạt, y tế, làng nghề, công nghiệp tập trung, cơ sở sản xuất ngoài KCN/CCN, chăn nuôi).
- Mô hình hóa và dự báo xu thế ô nhiễm theo các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH) tỉnh Vĩnh Phúc đến năm 2025.
- Đề xuất giải pháp công trình và phi công trình: Tích hợp công nghệ xử lý sinh học phi tập trung (BASTAF, mương oxy hóa cải tiến) kết hợp quy trình điều tiết thủy lực nhằm tối ưu hóa khả năng pha loãng và tự làm sạch nguồn nước.
Phạm vi và giới hạn
- Không gian: Toàn bộ mạng lưới thủy lợi Liễn Sơn gồm công trình đầu mối, hệ thống kênh chính (kênh Tả Ngạn, Hữu Ngạn, 6A, 6B dài 536 km) và hệ thống kênh tiêu/trục tiêu tự nhiên sông Phan - sông Cà Lồ.
- Thời gian: Số liệu quan trắc tập trung mùa khô (tháng 1, 2, 3) thời kỳ đổ ải, kiệt nước và mùa mưa (tháng 5, 6, 7) giai đoạn 2018–2020.
- Giới hạn kỹ thuật: Tập trung vào 15 thông số hóa lý, kim loại nặng và vi sinh theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT và Quyết định 1460/QĐ-TCMT.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Ô nhiễm nguồn nước trong các hệ thống thủy nông vùng Đồng bằng sông Hồng mang tính chất liên vùng và đa nguồn. Bảng so sánh dưới đây làm rõ hiện trạng HTTL Liễn Sơn so với các hệ thống lân cận:
| Tiêu chí phân tích |
HTTL Bắc Đuống (Bắc Ninh) |
HTTL Bắc Hưng Hải (Hải Dương, Hưng Yên, HN) |
HTTL Liễn Sơn (Vĩnh Phúc) |
| Quy mô phục vụ |
41.000 ha tưới / 53.000 ha tiêu |
150.000 ha tưới / 185.600 ha tiêu |
24.876 ha tưới / 40.000 ha tiêu |
| Nguồn cấp chính |
Sông Đuống (Cống Long Tửu, TB Trịnh Xá) |
Sông Hồng (Cống Xuân Quan) |
Sông Phó Đáy (Đập dâng Liễn Sơn), Sông Lô, Sông Hồng |
| Nguồn thải chủ yếu |
62 làng nghề dọc sông Ngũ Huyện Khê, CCN |
Nước thải sinh hoạt đô thị, làng nghề chế biến |
Nước thải sinh hoạt đô thị Vĩnh Yên, KCN Khai Quang, làng nghề mộc/tái chế |
| Mức độ ô nhiễm |
Suy thoái nghiêm trọng mùa khô, dòng chảy tắc nghẽn |
12/15 điểm ô nhiễm nặng; $NH_4^+$, Coliform vượt > 10 lần |
3 vùng ô nhiễm tập trung; $BOD_5$, $COD$ vượt 1,9 - 2,8 lần |
| Cơ chế tiêu thoát |
Bơm động lực ra Sông Cầu, Sông Đuống |
Tự chảy qua Cống Cầu Xe, An Thổ & trạm bơm |
Tự chảy qua Sông Phan - Cà Lồ ra Sông Cầu (phụ thuộc lũ sông Cầu) |
Cơ cấu nguồn nước thải xả vào HTTL Liễn Sơn (Khảo sát 2020)
- Nước thải sinh hoạt: 22.811,18 m3/ngày-đêm (chiếm 55,17% tổng lượng thải; TP. Vĩnh Yên chiếm tỷ trọng cao nhất).
- Khu/Cụm công nghiệp: 9.456,75 m3/ngày-đêm (chiếm 22,87%; KCN Khai Quang 5.800 m3/ngày, CCN Lai Sơn 700 m3/ngày, CCN Tề Lỗ 500 m3/ngày).
- Cơ sở sản xuất ngoài KCN/CCN: 5.422,32 m3/ngày-đêm (chiếm 13,11%; chủ yếu dịch vụ, giặt là, gia công cơ khí).
- Nước thải chăn nuôi: 2.433,69 m3/ngày-đêm (chiếm 5,88%; 80,28% chưa qua xử lý; tổng đàn gia súc xả 8,84 tấn CTR/ngày).
- Nước thải làng nghề: 718,75 m3/ngày-đêm (chiếm 1,74%; 100% chưa đạt chuẩn; tập trung tái chế nhựa Đông Mẫu, bún bánh Hòa Loan).
- Cơ sở y tế: 507,97 m3/ngày-đêm (chiếm 1,23%; 39 cơ sở; 81,23% đã qua xử lý sơ bộ).
CƠ CẤU NGUỒN NƯỚC THẢI XẢ VÀO HTTL LIỄN SƠN
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Sinh hoạt (55.17%) | KCN/CCN (22.87%) | Ngoài KCN | CN | LN|YT |
+-----------------------------------------------------------------------------+
0% 55% 78% 91% 97% 99% 100%
[Chú giải: CN: Chăn nuôi (5.88%) | LN: Làng nghề (1.74%) | YT: Y tế (1.23%)]
Ma trận ưu tiên MoSCoW trong quản trị chất lượng nước
- Must have: Kiểm soát điểm xả KCN Khai Quang và làng nghề tái chế Yên Đồng; vận hành trạm bơm pha loãng Bạch Hạc ($Q = 11,2 \text{ m}^3/\text{s}$) và Đại Định ($Q = 11,2 \text{ m}^3/\text{s}$) trong mùa kiệt; giám sát 15 trạm quan trắc định kỳ.
- Should have: Triển khai hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung tại các thị trấn dọc kênh Tả Ngạn; kiên cố hóa luồng tiêu trục Hang Rắn và kênh Bến Tre.
- Could have: Tự động hóa trạm đo online thông số $DO$, pH, TSS tại cống Vân Tập, cầu Nguyệt Đức, đập Lạc Ý.
- Won't have (giai đoạn này): Xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung công suất lớn cho toàn bộ vùng nông thôn phân tán do rào cản kinh phí đầu tư.
Thiết kế mạng lưới quan trắc và hệ thống xử lý
Kiến trúc mạng lưới quan trắc (15 trạm giám sát)
Hệ thống được thiết kế phân tầng theo dòng chảy thủy lực từ thượng lưu tiếp nhận đến hạ lưu tiêu thoát:
SƠ ĐỒ PHÂN BỐ 15 ĐIỂM QUAN TRẮC
[Sông Phó Đáy] [Sông Lô] [Sông Hồng]
| | |
(LS1: Đập Liễn Sơn) (LS2: TB Bạch Hạc) (LS3: TB Đại Định)
| | |
+---------------------------+--------------------------+
|
[KÊNH CHÍNH]
|
(LS4: Cống Vân Tập)
|
(LS5: ĐT Vũ Di)
|
(LS6: Cống Nguyệt Đức)
|
(LS7: Cầu Cơ Khí)
|
(LS8: Cầu Đất - Cuối kênh)
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[TRỤC TIÊU SÔNG PHAN]
|
(LS9: Cầu Vàng)
|
(LS10: Cầu Thượng Lập)
|
(LS11: Cầu Xuân Lai)
|
(LS12: Đập Vĩnh Sơn)
|
(LS13: Đập Lạc Ý - Đầm Vạc)
|
(LS14: Cầu Lò Cang)
|
(LS15: Cầu Tiền Châu - Sông Cà Lồ Cụt)
-
Tuyến Kênh chính (8 điểm lấy mẫu):
LS1: Đập dâng Liễn Sơn (sông Phó Đáy, xã Đồng Tĩnh, Tam Dương) - Kiểm soát nước cấp đầu vào ($Q_{tk} = 17 \text{ m}^3/\text{s}$).LS2: Trạm bơm Bạch Hạc (sông Lô, xã Việt Xuân, Vĩnh Tường) - Bổ sung nguồn $Q = 11,2 \text{ m}^3/\text{s}$.LS3: Trạm bơm Đại Định (sông Hồng, xã Cao Đại, Vĩnh Tường) - Bổ sung nguồn cho kênh 6A, 6B ($Q = 11,2 \text{ m}^3/\text{s}$).LS4: Cống Vân Tập (kênh chính, Tam Dương).LS5: Cống điều tiết Vũ Di (xã Vũ Di, Vĩnh Tường).LS6: Cống Nguyệt Đức (cầu Trắng, TT. Thanh Lãng, Yên Lạc).LS7: Cầu Cơ Khí (sau làng nghề mộc Thanh Lãng, Bình Xuyên).LS8: Cầu Đất (cuối kênh Liễn Sơn, giáp xã Tân Phong, Bình Xuyên).
-
Tuyến Kênh tiêu & Trục sông Phan (7 điểm lấy mẫu):
LS9: Cầu Vàng (Km19+748 ĐT305, Tam Dương) - Thượng lưu sông Phan.LS10: Cầu Thượng Lạp (giao QL2, Yên Lạp, Vĩnh Tường).LS11: Cầu Xuân Lai (gần QL2C, Vũ Di, Vĩnh Tường).LS12: Đập Vĩnh Sơn (Vĩnh Sơn, Vĩnh Tường).LS13: Đập Lạc Ý (thôn Lạc Ý, TP. Vĩnh Yên) - Cửa xả điều tiết Đầm Vạc.LS14: Cầu Lò Cang (sông Tranh - sông Phan, TT. Hương Canh, Bình Xuyên).LS15: Cầu Tiền Châu (sông Cà Lồ cụt, TX. Phúc Yên) - Hạ lưu tiếp nhận.
Danh mục thiết bị và tiêu chuẩn phân tích kiểm nghiệm
+------------------------------------------------------------------------------------+
| CHUẨN ĐO LƯỜNG VẬT LÝ / HÓA LÝ TẠI HIỆN TRƯỜNG & PHÒNG LAB |
| |
| [Đo Hiện Trường] ---> Máy TOA WQC-22A (Nhật Bản): pH (±0.01), DO (±0.05 mg/L) |
| ---> Máy Turb-350 IR (Đức): Độ đục (0 - 1000 NTU, ±0.01) |
| |
| [Quang Phổ Hấp Thụ] -> Hach DR5000 (USA): TSS (630 nm per TCVN 6625:2000) |
| -> UV-VIS Shimadzu: P-PO4(3-) (880 nm per TCVN 6202:2008) |
| |
| [Phân Tích Dinh Dưỡng] -> Bộ cất đạm Kjeldahl: N-NH4+ per TCVN 5988:1995 |
| |
| [Phân Tích Kim Loại] -> Máy AAS ngọn lửa phân tích Cu, Pb, Cd (TCVN 6193:1996) |
| |
| [Sinh Hóa & Vi Sinh]-> Tủ ủ YSI 5000: BOD5 (TCVN 6001-1:2008) |
| -> Phương pháp lên men nhiều ống MPN: Coliform (TCVN 6178:1996) |
+------------------------------------------------------------------------------------+
Phương pháp nghiên cứu và quy trình QA/QC
+---------------------------------------------------------------------------------------+
| QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU CHẤT LƯỢNG NƯỚC |
| |
| [1. Thu thập & Khảo sát] (19 đợt, 15 điểm) |
| ├── Mùa khô: Tháng 1, 2, 3 (Thời kỳ kiệt, nồng độ ô nhiễm đạt đỉnh) |
| └── Mùa mưa: Tháng 5, 6, 7 (Lưu lượng lũ, dòng chảy pha loãng lớn) |
| |
| [2. Lấy mẫu & Bảo quản chuẩn TCVN] |
| ├── TCVN 6663-1:2011: Lấy mẫu tầng mặt tại độ sâu h = 0.5 m giữa tim dòng chảy |
| ├── Thể tích mẫu: 1.5 L mẫu hóa lý (chai thủy tinh/PE) + 0.5 L mẫu vi sinh vô trùng |
| └── TCVN 6663-3:2003: Cố định mẫu tại chỗ, vận chuyển hộp lạnh bảo quản T = 4°C |
| |
| [3. Phân tích Lab & Tính toán chỉ số] |
| ├── Đánh giá đơn thông số: Đối chiếu giới hạn Cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT |
| └── Đánh giá tích hợp: Thuật toán chỉ số chất lượng nước WQI (QĐ 1460/QĐ-TCMT) |
+---------------------------------------------------------------------------------------+
Implementation và kết quả
Quy trình tính toán chỉ số chất lượng nước ($WQI$)
Thuật toán xác định chỉ số chất lượng nước thành phần ($WQI_{SI}$) áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính giữa các dải giới hạn nồng độ theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT (kế thừa khung tính toán QĐ 879/QĐ-TCMT):
$$WQI_{SI} = \frac{q_i - q_{i+1}}{BP_{i+1} - BP_i} \times (BP_{i+1} - C_p) + q_{i+1}$$
Trong đó:
- $C_p$: Giá trị nồng độ thông số quan trắc được.
- $BP_i, BP_{i+1}$: Nồng độ giới hạn dưới và giới hạn trên của thông số tại mức $i$ và $i+1$.
- $q_i, q_{i+1}$: Thang điểm $WQI$ quy định tại mức $i$ và $i+1$.
Hàm tính toán phần trăm oxy bão hòa ($DO_{% \text{bão hòa}}$) được xác định thông qua đa thức nhiệt độ nguồn nước $T$ ($^\circ\text{C}$):
$$DO_{\text{bão hòa}} = 14,652 - 0,4122T + 0,0079910T^2 - 0,000077774T^3$$
$$DO_{% \text{bão hòa}} = \left(\frac{DO_{\text{hòa tan}}}{DO_{\text{bão hòa}}}\right) \times 100$$
"""
Mô-đun tính toán tự động chỉ số WQI theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT
"""
import numpy as np
def calculate_do_saturation(temp_c: float, do_measured: float) -> float:
"""Tính toán % DO bão hòa dựa trên nhiệt độ nguồn nước."""
do_sat_pure = (14.652 - 0.4122 * temp_c +
0.0079910 * (temp_c ** 2) -
0.000077774 * (temp_c ** 3))
return (do_measured / do_sat_pure) * 100.0
def calculate_wqi_sub_index(cp: float, bp_i: float, bp_next: float,
qi: float, qi_next: float) -> float:
"""Hàm nội suy tuyến tính WQI thành phần."""
if cp <= bp_i:
return qi
if cp >= bp_next:
return qi_next
return ((qi - qi_next) / (bp_next - bp_i)) * (bp_next - cp) + qi_next
# Dữ liệu đối chuẩn BPi cho thông số COD (mg/L) và điểm WQI tương ứng
BP_COD = [10.0, 15.0, 30.0, 50.0, 80.0]
QI_VALS = [100.0, 75.0, 50.0, 25.0, 1.0]
def evaluate_cod_wqi(cod_val: float) -> float:
for idx in range(len(BP_COD) - 1):
if BP_COD[idx] <= cod_val <= BP_COD[idx + 1]:
return calculate_wqi_sub_index(
cod_val, BP_COD[idx], BP_COD[idx + 1], QI_VALS[idx], QI_VALS[idx + 1]
)
return 1.0 if cod_val > 80.0 else 100.0
Dữ liệu thực nghiệm và kết quả phân tích CLN (2018–2020)
BIẾN THIÊN HÀM LƯỢNG COD VÀ DO MÙA KHÔ
(Số liệu quan trắc trung bình các đợt kiệt nước giai đoạn 2018 - 2020)
COD (mg/L) DO (mg/L)
60 | | 8.0
50 | [COD Đỉnh ô nhiễm: Cầu Cơ Khí & Cầu Đất] | 7.0
40 | * * | 6.0
30 | * * * * (Giới hạn B1 = 30 mg/L) | 5.0
20 | * * * | 4.0
10 | * * * | 3.0 [DO Giảm mạnh]
0 +-------------------------------------------------------------------+ 0.0
LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 LS6 LS7 LS8 (Kênh chính)
Kết quả quan trắc 19 đợt thể hiện sự phân hóa chất lượng nước rõ rệt theo không gian và chế độ thủy văn:
| Vị trí quan trắc |
Ký hiệu |
$DO$ mùa khô (mg/L) |
$COD$ trung bình (mg/L) |
$N\text{-}NH_4^+$ (mg/L) |
Chỉ số $WQI$ trung bình |
Đánh giá hiện trạng (QCVN 08 Cột B1) |
| Đập Liễn Sơn |
LS1 |
6,85 – 7,42 |
8,4 – 12,1 |
0,08 – 0,15 |
88 – 95 |
Nước tốt, đáp ứng hoàn toàn mục đích cấp tưới |
| TB Bạch Hạc |
LS2 |
6,20 – 7,10 |
11,2 – 15,6 |
0,12 – 0,22 |
82 – 90 |
Nước tốt, đạt chuẩn tưới tiêu và sinh hoạt |
| TB Đại Định |
LS3 |
5,90 – 6,80 |
14,0 – 18,2 |
0,18 – 0,31 |
78 – 85 |
Nước đạt yêu cầu phục vụ sản xuất nông nghiệp |
| Cống Vân Tập |
LS4 |
4,80 – 5,50 |
22,5 – 28,0 |
0,45 – 0,68 |
65 – 72 |
Ô nhiễm nhẹ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng |
| ĐT Vũ Di |
LS5 |
3,90 – 4,60 |
28,4 – 35,2 |
0,72 – 1,10 |
51 – 60 |
Ô nhiễm trung bình, bắt đầu vượt ngưỡng B1 |
| Cống Nguyệt Đức |
LS6 |
2,10 – 3,20 |
42,0 – 56,8 |
1,45 – 2,30 |
32 – 44 |
Ô nhiễm nặng do nước thải sinh hoạt nông thôn |
| Cầu Cơ Khí |
LS7 |
0,85 – 1,80 |
58,6 – 78,4 |
2,80 – 4,50 |
18 – 28 |
Ô nhiễm rất nặng (nước thải làng nghề mộc/sơn) |
| Cầu Đất |
LS8 |
1,10 – 2,15 |
52,1 – 69,0 |
2,40 – 3,90 |
22 – 30 |
Ô nhiễm nặng, nước tù hãm cuối tuyến kênh |
| Cầu Vàng (sông Phan) |
LS9 |
4,20 – 5,10 |
26,0 – 34,0 |
0,65 – 0,95 |
55 – 64 |
Ô nhiễm hữu cơ cục bộ |
| Cầu Xuân Lai |
LS11 |
2,40 – 3,50 |
46,2 – 61,0 |
1,80 – 2,90 |
28 – 38 |
Ô nhiễm nặng nguồn xả Vĩnh Tường |
| Đập Lạc Ý |
LS13 |
1,20 – 2,40 |
54,0 – 72,5 |
2,50 – 4,20 |
20 – 31 |
Ô nhiễm rất nặng do tiếp nhận đô thị Vĩnh Yên |
Khoanh vùng 3 khu vực ô nhiễm trọng điểm
- Vùng 1 (Kênh chính Liễn Sơn hạ lưu): Từ Cầu Cơ Khí (
LS7) đến Cầu Đất (LS8). Nồng độ $COD$ vượt 2,6 lần, $NH_4^+$ vượt trên 3,0 lần ngưỡng B1 do trực tiếp nhận nước thải sản xuất gỗ, chất tẩy sơn và nước thải sinh hoạt TT. Thanh Lãng.
- Vùng 2 (Lưu vực tiêu Sông Phan đô thị): Khu vực Đập Lạc Ý (
LS13) và Cầu Lò Cang (LS14), nơi thu gom toàn bộ nước thải chưa xử lý của TP. Vĩnh Yên, KCN Khai Quang và CCN Hương Canh.
- Vùng 3 (Khu vực chuyển tiếp hạ lưu sông Phan): Đoạn từ Cầu Xuân Lai (
LS11) đến Đập Vĩnh Sơn (LS12), chịu tải từ làng nghề đúc đồng, tái chế phế liệu và chất thải chăn nuôi mật độ cao.
Đổi mới và đóng góp
GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ BẢO VỆ CLN HTTL LIỄN SƠN
+-----------------------------------+ +------------------------------------+
| CỤM DÂN CƯ ĐÔ THỊ / THỊ TRẤN | | CỤM DÂN CƯ NÔNG THÔN / LÀNG NGHỀ |
| Công nghệ: Mương oxy hóa cải tiến | | Công nghệ: BASTAF + Bãi lọc ngầm |
+-----------------+-----------------+ +-----------------+------------------+
| |
v v
+-----------------------------------+ +------------------------------------+
| - Hiệu suất xử lý BOD5 > 90% | | - Hiệu suất BOD5/TSS: 80 - 85% |
| - Khử Nitơ (Nitrification) > 85% | | - Khử TN/TP: 60 - 70% |
| - Chi phí O&M: 1.800 VNĐ/m3 | | - Suất đầu tư thấp, không hóa chất |
+-----------------------------------+ +------------------------------------+
| |
+-------------------+-------------------+
|
v
+----------------------------------------------------------------------------+
| ĐIỀU TIẾT THỦY LỰC PHA LOÃNG CHỦ ĐỘNG |
| - Bơm tiếp nguồn Sông Lô (TB Bạch Hạc) & Sông Hồng (TB Đại Định) |
| - Tăng lưu lượng dòng chảy cơ bản mùa kiệt lên 11.2 - 22.4 m3/s |
| - Giảm nồng độ ô nhiễm hữu cơ tức thời trên sông Phan xuống 35 - 45% |
+----------------------------------------------------------------------------+
Đóng góp khoa học và kỹ thuật
- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu tích hợp không gian - thời gian: Lập bản đồ hóa diễn biến chất lượng nước 15 trạm quan trắc kết hợp giải thuật $WQI$ thế hệ mới theo QĐ 1460/QĐ-TCMT, phản ánh trung thực mức độ ô nhiễm của từng phân lưu thủy nông.
- Thiết kế mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn phân tán: Đề xuất chuỗi công nghệ kết hợp Bể tự hoại cải tiến với các vách ngăn mỏng kỵ khí ($BASTAF$) và bãi lọc ngầm trồng cây (Constructed Wetland - CW dòng chảy ngầm) cho các cụm dân cư ven kênh tiêu.
- Mô hình mương oxy hóa cải tiến (Modified Oxidation Ditch) cho các thị trấn: Đảm bảo quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra đồng thời, loại bỏ triệt để amoni trước khi xả vào kênh cấp nước.
So sánh hiệu quả công nghệ xử lý đề xuất
| Tiêu chuẩn kỹ thuật |
Bể tự hoại truyền thống |
Hồ sinh học kỵ khí/tùy tiện |
BASTAF kết hợp Bãi lọc ngầm trồng cây (Đề xuất) |
Mương oxy hóa cải tiến (Đề xuất) |
| Hiệu suất khử $BOD_5$ |
30 – 40% |
50 – 65% |
80 – 88% |
90 – 95% |
| Hiệu suất khử $COD$ |
25 – 35% |
45 – 60% |
78 – 85% |
88 – 92% |
| Hiệu suất khử $TSS$ |
40 – 50% |
60 – 70% |
85 – 92% |
92 – 96% |
| Khử $N\text{-}NH_4^+$ và Photpho |
Kém (< 15%) |
Trung bình (30 – 40%) |
60 – 75% |
80 – 85% |
| Chi phí vận hành (O&M) |
Thấp |
Rất thấp |
Thấp (0 VNĐ điện năng) |
Trung bình (~ 1.800 đ/m3) |
| Yêu cầu diện tích |
Nhỏ |
Rất lớn |
Trung bình (1,2 – 1,8 m2/người) |
Gọn, tối ưu diện tích |
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản phát triển KT-XH tỉnh Vĩnh Phúc đến năm 2025 và dự báo tải lượng
- Kịch bản 1 (Tăng trưởng tự nhiên): Tốc độ phát triển công nghiệp tăng 12%/năm, tỷ lệ xử lý nước thải sinh hoạt giữ nguyên mức 2020. Tải lượng ô nhiễm đổ vào sông Phan sẽ tăng 48%, chỉ số $WQI$ tại tất cả các điểm tiêu tụt xuống mức Nguy hại ($WQI < 25$).
- Kịch bản 2 (Đầu tư đồng bộ - Kịch bản hành động): Đưa vào vận hành 100% trạm XLNT tập trung tại KCN/CCN; xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt đô thị TP. Vĩnh Yên công suất $30.000 \text{ m}^3/\text{ngày}$; áp dụng mô hình $BASTAF$ tại 45 xã nông thôn. Tải lượng ô nhiễm hữu cơ giảm 65%, $BOD_5$ và $COD$ toàn tuyến kênh chính đạt chuẩn QCVN 08-MT:2015 Cột B1.
LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI ĐẾN NĂM 2025
2021 - 2022 2023 - 2024 2025
+--------------------------+ +--------------------------+ +--------------------------+
| GIAI ĐOẠN 1: | | GIAI ĐOẠN 2: | | GIAI ĐOẠN 3: |
| - Cắm mốc hành lang BVMT | | - Xây dựng trạm XLNT tập | | - Vận hành đồng bộ hệ |
| kênh Liễn Sơn. | trung Vĩnh Yên & Hương | thống quan trắc tự động. |
| - Đóng cửa các điểm xả | Canh. | - Đánh giá nghiệm thu CLN |
| thải lậu làng nghề. | - Nhân rộng 30 mô hình | toàn hệ thống đạt chuẩn |
| - Lắp đặt 5 trạm quan | BASTAF nông thôn. | QCVN 08-MT:2015 Cột B1. |
| trắc tự động. | - Quy trình điều tiết lũ | |
| | và pha loãng mùa kiệt. | |
+--------------------------+ +--------------------------+ +--------------------------+
Quy trình điều tiết thủy lực tự làm sạch nguồn nước
- Mùa kiệt (Tháng 1 - Tháng 4): Định kỳ mở cống tiếp nước từ sông Phó Đáy qua đập Liễn Sơn với lưu lượng $Q \ge 15 \text{ m}^3/\text{s}$, kết hợp vận hành trạm bơm Bạch Hạc 6 tổ máy ($48.000 \text{ m}^3/\text{h}$) để đẩy dòng chảy kiệt, thau rửa lòng dẫn sông Phan trước đợt đổ ải vụ Chiêm Xuân.
- Mùa mưa (Tháng 5 - Tháng 10): Chủ động hạ thấp ngưỡng tràn điều tiết Lạc Ý và cống Nguyệt Đức trước các đợt bão lớn nhằm tiêu thoát nhanh lượng nước tích trữ ô nhiễm ra sông Cà Lồ, tránh ngập úng Đầm Vạc và giảm bồi lắng chất hữu cơ trong lòng dẫn.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Chuỗi số liệu quan trắc: Số liệu quan trắc lấy theo chu kỳ gián đoạn (19 đợt trong 3 năm), chưa tích hợp đầy đủ hệ thống cảm biến đo liên tục 24/7, dẫn đến việc bỏ sót các xung xả thải trộm vào ban đêm tại các làng nghề.
- Mô hình hóa lan truyền chất: Chưa tích hợp mô hình thủy lực 1D/2D (như MIKE 11 hoặc QUAL2K) để mô phỏng chính xác trường nồng độ các chất phản ứng bậc 1 trong điều kiện dòng chảy dao động do đóng mở cống.
Hướng phát triển tiếp theo
- Thiết lập mạng lưới cảm biến IoT không dây quan trắc liên tục các thông số $DO$, pH, EC, Nhiệt độ và truyền dữ liệu thời gian thực về Trung tâm điều hành Thủy lợi Vĩnh Phúc.
- Ứng dụng mô hình toán học MIKE 11 mô phỏng lan truyền ô nhiễm và tích hợp công cụ hỗ trợ ra quyết định (DSS) trong vận hành công trình phân phối dòng chảy.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên & Học viên chuyên ngành Môi trường/Thủy lợi: Tài liệu thực chứng hoàn chỉnh về phương pháp đánh giá chất lượng nước, thuật toán tính $WQI$ theo QĐ 1460/QĐ-TCMT và quy trình kiểm soát chuỗi mẫu theo chuẩn TCVN.
- Kỹ sư vận hành & Quản lý công trình: Khung quy trình điều tiết thủy lực kết hợp trạm bơm động lực (Bạch Hạc, Đại Định) để giải quyết bài toán suy giảm chất lượng nước mùa kiệt.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Sở TN&MT, Sở NN&PTNT Vĩnh Phúc): Cơ sở khoa học xác đáng phục vụ quy hoạch các phân vùng xả thải, cấp phép xả nước thải vào công trình thủy lợi và hoạch định ngân sách đầu tư công nghệ xử lý phi tập trung.
- Cộng đồng dân sinh lưu vực: Đảm bảo an toàn nguồn nước tưới cho 24.876 ha nông nghiệp, giảm thiểu nguy cơ tích lũy hóa chất độc hại vào nông sản và phục hồi hệ sinh thái sông Phan.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai mô hình BASTAF kết hợp bãi lọc ngầm tại nông thôn là gì?
Cần diện tích mặt bằng từ 1,2 đến 1,8 m2/người; mực nước ngầm thấp hơn đáy bể tối thiểu 0,5 m; đất xung quanh có độ dốc thoát nước tự nhiên; thực vật trồng trong bãi lọc là các loài chịu ngập và hấp thụ dinh dưỡng tốt như sậy (Phragmites australis), thủy trúc (Cyperus involucratus) hoặc cỏ hương bài (Vetiveria zizanioides).
2. Giới hạn tải lượng và giải pháp khắc phục khi xảy ra sự cố xả thải công nghiệp đột biến?
Hệ thống thoát nước sông Phan chịu tải tối đa $45.000 \text{ m}^3/\text{ngày}$. Khi xảy ra sự cố xả thải vượt ngưỡng, quy trình ứng phó khẩn cấp yêu cầu: Đóng cống điều tiết Vũ Di và cống Nguyệt Đức ngăn nước ô nhiễm vào kênh tưới nông nghiệp; mở tối đa công suất trạm bơm Bạch Hạc ($11,2 \text{ m}^3/\text{s}$) để cấp nước ngọt từ sông Lô pha loãng dòng ô nhiễm trước khi tiêu xả ra sông Cà Lồ.
3. Phương pháp tích hợp số liệu WQI vào quy trình giám sát liên ngành?
Chỉ số $WQI$ được phân hạng thành 6 mức màu chuẩn hóa theo QĐ 1460/QĐ-TCMT. Các điểm quan trắc có $WQI < 25$ (màu đỏ - ô nhiễm rất nặng) sẽ kích hoạt cơ chế thanh tra liên ngành giữa Chi cục Thủy lợi và Cảnh sát Môi trường để truy vết nguồn xả thải.
4. Chi phí duy tu và bảo dưỡng trạm BASTAF hàng năm chiếm bao nhiêu?
Chi phí O&M của hệ thống BASTAF kết hợp bãi lọc ngầm rất thấp, chỉ chiếm 1,5 - 2% chi phí đầu tư ban đầu mỗi năm, chủ yếu phục vụ cắt tỉa thực vật định kỳ (3 tháng/lần) và hút bùn kỵ khí (2 - 3 năm/lần), hoàn toàn không tốn chi phí điện năng vận hành máy bơm liên tục.
5. Dự toán ngân sách và thời gian thu hồi vốn xã hội (ROI) khi xử lý nước sông Phan?
Dự án cải tạo môi trường nước hệ thống Liễn Sơn ước tính tổng vốn đầu tư công nghệ phân tán giai đoạn 2021–2025 khoảng 250 tỷ VNĐ. Lợi ích kinh tế - xã hội mang lại (giảm chi phí xử lý nước cấp, tăng năng suất cây trồng 8–12%, phục hồi nuôi trồng thủy sản và giảm thiểu chi phí y tế do dịch bệnh) ước tính hoàn vốn đầu tư sau 6,5 năm.
Kết luận
Luận văn đã giải quyết toàn diện bài toán cấp thiết về đánh giá và kiểm soát ô nhiễm nguồn nước tại HTTL Liễn Sơn. Thông qua việc phân tích chuỗi dữ liệu 19 đợt quan trắc (2018–2020) kết hợp thuật toán $WQI$ mới nhất, nghiên cứu đã định lượng hóa mức độ suy thoái môi trường nước, khoanh vùng chính xác 3 tâm điểm ô nhiễm hữu cơ tại hạ lưu kênh chính và trục sông Phan. Đề xuất kết hợp hài hòa giữa công nghệ xử lý sinh học phân tán ($BASTAF$, mương oxy hóa) và giải pháp điều tiết thủy lực mở ra hướng đi bền vững cho công tác quản trị tài nguyên nước tại tỉnh Vĩnh Phúc. Các cơ quan quản lý và địa phương cần sớm phê duyệt quy chuẩn kỹ thuật địa phương, cắm mốc hành lang bảo vệ công trình và bố trí nguồn lực đầu tư đồng bộ mạng lưới xử lý nước thải trước năm 2025.
