05/05/2018
Trong năm 2018 - 2019, TP. Hà Nội sẽ triển khai nạo vét bùn trầm tích hồ Tây trong dự án cải thiện môi trường nước hồ Tây và bùn lắng đọng trên sông Tô Lịch để xây dựng các tuyến cống thu gom nước thải về Nhà máy xử lý nước thải tập trung. Một lượng bùn thải sẽ vận chuyển về khu xử lý bùn tập trung Yên Sở, có thể gây ra quá tải bãi chứa cũng như gây ô nhiễm môi trường khu vực. Các số liệu phân tích hàm lượng kim loại nặng trong bùn lắng sông Tô Lịch do Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường (Trường Đại học Xây dựng) và trầm tích hồ Tây của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đánh giá từ các loại bùn nạo vét không phải là chất thải nguy hại. Qua đây, đề xuất các giải pháp chủ yếu để làm khô, xử lý nước rỉ bùn, cũng như tái sử dụng bùn nạo vét để san nền, làm cát nhân tạo hoặc trồng cây.
1. Giới thiệu chung
Hệ thống thoát nước (HTTN) TP. Hà Nội là hệ thống chung với sông hồ nội đô đóng vai trò tiếp nhận, vận chuyển và điều tiết nước mưa. Ngoài ra, sông hồ nội đô còn tạo nên khung sinh thái đô thị, góp phần điều tiết vi khí hậu và tạo cảnh quan cho TP. Do sự phát triển đô thị với tốc độ cao, điều kiện vệ sinh môi trường không tốt và hệ thống thoát nước chưa được cải thiện nhiều nên khi nước mưa mang theo nhiều chất thải trên bề mặt chảy vào sông hồ. Mặt khác, tại nhiều lưu vực, nước thải chưa được tách nên sông hồ vận chuyển và chứa nước thải ô nhiễm.
Kim loại nặng trong nước như As, Cd, Cr, Pb, Zn, Cu, Hg... thường lắng đọng và trầm tích trong bùn đáy sông hồ cùng với các thành phần chất rắn không hòa tan khác. Quá trình này phụ thuộc các điều kiện thủy hóa, thủy sinh và thủy văn trong nguồn nước. Hàm lượng kim loại nặng cao sẽ ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh trong bùn đáy, gây khó khăn cho việc quản lý (thu gom, vận chuyển, xử lý và tái sử dụng) sau khi được nạo vét.
Trong khi đó, rác thải, chất rắn không hòa tan… lắng đọng trong sông hồ tạo nên bùn cặn trầm tích, cần thiết phải nạo vét, vận chuyển đưa về điểm xử lý tập trung. Theo quy trình nạo vét bùn thải HTTN, phụ thuộc vào vị trí và chế độ hoạt động của sông mương bùn cặn thường được nạo vét với tần suất 1-3 năm/lần. Đối với hồ, tần suất này thường trên 5 năm hoặc khi cần thiết cải tạo hồ mới phải nạo vét bùn cặn.
Trong năm 2018 - 2019, TP. Hà Nội sẽ triển khai một số dự án cải thiện môi trường nước các sông hồ nội đô, đặc biệt là 2 dự án lớn là: Hệ thống xử lý nước thải (XLNT) Yên Xá và nạo vét bùn hồ Tây. Một lượng lớn bùn trầm tích là 1.316.547 m3 của hồ Tây tập trung tại Yên Sở. Tuy nhiên, hiện nay, bãi chứa bùn thải Yên Sở với diện tích 14,1 ha, ngoài tiếp nhận bùn nạo vét sông Tô Lịch và hồ Tây còn phải xử lý các loại bùn Nhà máy XLNT, cống thoát nước và kênh mương hồ khác. Tình trạng quá tải của bãi chứa bùn Yên Sở với nguy cơ ô nhiễm môi trường nước và không khí khu vực là hiện hữu.
Mặc dù có tiếp nhận nước thải và nước mưa chảy tràn trên bề mặt, nhưng nhờ quá trình tự làm sạch trong pha nước và phân hủy các chất ô nhiễm trong trầm tích nên bùn cặn nhiều sông hồ nội đô không thuộc loại nguy hại, có thể xử lý hoặc sử dụng như bùn thải thông thường. Vì vậy, trên cơ sở coi chất thải là nguồn nguyên vật liệu của sản xuất, cần thiết phải đánh giá thành phần và tính chất bùn cặn nạo vét từ các sông hồ nội đô, từ đó, phân loại, đề xuất các giải pháp xử lý, tái sử dụng… góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường khu vực bãi chứa bùn cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế của các dự án có tái sử dụng bùn cặn sông hồ thoát nước.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là bùn cặn lắng đọng và trầm tích trong sông Tô Lịch và hồ Tây.
Sông Tô Lịch dài 12 km, từ cống Bưởi đến đập Thanh Liệt, bao gồm dòng chảy chính với các cống xả nước thải và nước mưa lưu vực thoát nước S2 và S3 đổ vào và các hợp lưu của sông Lừ, sông Kim Ngưu. Thực hiện đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật tổng hợp để BVMT nước sông nội đô TP. Hà Nội, mã số: 01C-09/01-2016-3, thuộc Chương trình 01C-09 về TN&MT, Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường (Trường Đại học Xây dựng) đã lấy mẫu bùn lắng trên dòng chính sông Tô Lịch từ cống Bưởi đến Kim Giang tại 7 điểm: Cống Bưởi, cầu Dịch Vọng, cầu Giấy, cầu Cót, cầu Trung Hòa, cống Mọc và cầu Mới vào thời điểm mùa khô (tháng 3/2017).
Hồ Tây có diện tích mặt nước là 527,51 ha. Trầm tích hồ Tây là bùn lớp mặt và lớp đáy được Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) lấy tại 30 điểm phân bố trong hồ vào tháng 1/2018. Để lấy lõi mẫu trầm tích ở các độ sâu khác nhau dùng thiết bị lấy mẫu theo độ sâu core piston.
Bùn cặn và trầm tích các sông hồ được lấy và bảo quản theo các phương pháp TCVN 6663 - 3:2000 - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Phần 13: Hướng dẫn lấy mẫu bùn nước, bùn nước thải và bùn liên quan và TCVN 6663 - 15: 2004 - Chất lượng nước - Lấy mẫu. Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu bùn và trầm tích.
Phương pháp xác định giá trị các thông số chất lượng trầm tích As, Cd, Cr, Cu, Pb và Zn thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia sau:
- TCVN 6496:2009 - Chất lượng đất - Xác định crom, cadimi, coban, đồng, chì, mangan, niken, kẽm trong dịch chiết đất bằng cường thủy. Các phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa.
- TCVN 8467:2010 (ISO 20280:2007) - Chất lượng đất - Xác định asen, antimon và selen trong dịch chiết đất cường thủy bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử theo kỹ thuật nhiệt điện hoặc tạo hydrua.
Các quy chuẩn kỹ thuật được dùng để đánh giá:
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Bùn cặn sông Tô Lịch
Bùn lắng đọng và trầm tích sông Tô Lịch đoạn tiếp nhận nước thải từ cống Bưởi đến cầu Mới dài trên 6 km được Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường lấy mẫu và phân tích theo các phương pháp (Mục 2). Thành phần kim loại nặng trong bùn lắng đọng trên sông được nêu trong Bảng 1.
Bảng 1. Hàm lượng kim loại nặng trong bùn lắng sông Tô Lịch
|
TT |
Thông số |
Cống Bưởi |
Cầu Dịch Vọng |
Cầu Giấy |
Cầu Cót |
Cầu Trung Hòa |
Cống Mọc |
Cầu Mới |
|
1 |
As, mg/kg |
0,661 |
0,659 |
0,657 |
0,661 |
0,659 |
0,659 |
0,660 |
|
2 |
Hg, mg/kg |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
|
3 |
Pb, mg/kg |
3,91 |
4,07 |
3,96 |
4,12 |
4,09 |
4,16 |
4,17 |
|
4 |
Zn, mg/kg |
81,1 |
81,2 |
81,3 |
81,3 |
81,3 |
81,3 |
81,4 |
|
5 |
Cr, mg/kg |
156,8 |
157,5 |
157,6 |
157,6 |
157,9 |
157,7 |
156,7 |
|
6 |
Cd, mg/kg |
0,079 |
0,077 |
0,078 |
0,076 |
0,078 |
0,081 |
0,076 |
Kết quả phân tích cho thấy, trầm tích sông Tô Lịch có nguồn bổ cập chủ yếu từ nước mưa và nước thải các tuyến mương và cống trong lưu vực chảy vào. Hàm lượng kim loại nặng theo 6 thông số của QCVN 03-MT:2015/BTNMT tương đối cao. Đặc điểm nổi bật là hàm lượng Cr tổng lớn, 156 - 158 mg/kg. Tuy nhiên giá trị này vẫn thấp hơn 505 - 655 mg/kg theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Lan Hương và cộng sự năm 2010. Trong những năm vừa qua, các nguồn thải có kim loại nặng được giảm dần và Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội tăng cường nạo vét bùn cặn cống sông mương và kết quả là, nhiều nồng độ thành phần ô nhiễm, trong đó, kim loại nặng, trong nước thải và bùn lắng giảm đi rõ rệt. Thành phần Cr>Zn>Pb>As>Cd>Hg trong bùn cặn hiện nay cũng phù hợp với trong Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn 2 năm 2008 là Zn>Pb>As>Hg.
Để đánh giá mức độ nguy hại và khả năng tái sử dụng bùn lắng sông Tô Lịch, các số liệu kết quả phân tích chất lượng bùn được so sánh với các thông số trong QCVN 43:2012/BTNMT, QCVN 50:2013/BTNMT và QCVN 07: 2009/BTNMT. Trong số các tiêu chí kim loại nặng, hàm lượng Cr vượt ngưỡng quy định là 90 mg/kg quy định cho ngưỡng nguy hại trầm tích bảo vệ đời sống thủy sinh trong vực nước ngọt. Đánh giá theo ngưỡng nguy hại các thông số kim loại nặng phân tích cho thấy, các giá trị này đều nằm thấp hơn nhiều so với giá trị quy định trong QCVN 07:2009/BTNMT, ngoại trừ giá trị Cr là vượt ngưỡng 1,5 lần. Tuy nhiên nếu xem bùn lắng trong sông Tô Lịch như là bùn thải của quá trình xử lý nước thì phải xem thành phần Cr6+ trong tổng Cr là bao nhiêu. Trong thực tế tỉ lệ Cr6+/Tổng Cr trong bùn cặn hệ thống thoát nước thường nhỏ.
Biểu đồ so sánh hàm lượng kim loại nặng trong bùn lắng sông Tô Lịch với các thông số kim loại nặng của QCVN 03-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng đất (Hình 1 và Hình 2).
Hình 1. So sánh hàm lượng As và Cd trong bùn lắng sông Tô Lịch với các thông số kim loại nặng theo QCVN 03-MT:2015/BTNMT
Ghi chú: Đất NN - đất nông nghiệp, Đất LN - đất lâm nghiệp, Đất DS - đất dân sinh, Đất CN - đất công nghiệp, Đất DV- đất dịch vụ.
Hình 2. So sánh hàm lượng Pb, Cr và Zn trong bùn lắng sông Tô Lịch với các thông số kim loại nặng theo QCVN 03-MT:2015/BTNMT
Ghi chú: Đất NN - đất nông nghiệp, Đất LN - đất nông nghiệp, Đất DS - đất dân sinh, Đất CN - đất công nghiệp, Đất DV - đất dịch vụ.
Theo các biểu đồ Hình 1 và Hình 2, hầu hết thành phần kim loại nặng trong bùn lắng đều phù hợp với tất cả các loại đất dùng trong mục đích nông nghiệp, lâm nghiệp, dân sinh… hoặc để san nền xây dựng các công trình dịch vụ và công nghiệp. Tuy nhiên, đối với Cr, hàm lượng của nó trong bùn lắng vượt quy định cho phép đối với đất nông nghiệp.
3.2. Bùn trầm tích hồ Tây
Bùn hồ Tây lưu trữ nhiều chục năm nay hầu như chưa được nạo vét, vì vậy, do yêu cầu của ĐMT dự án nạo vét hồ, dự kiến thực hiện vào đầu quý 2 năm 2018, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường đã triển khai lấy mẫu bùn cả tầng mặt và tầng đáy tại 30 điểm, bao gồm 8 điểm ven bờ gần các cống xả nước thải vào hồ và 22 điểm giữa hồ. Kết quả phân tích thành phần kim loại nặng trong các mẫu bùn trầm tích được thể hiện (Hình 3, 4, 5, 6, 7, 8).
|
Hình 3. Hàm lượng As trong trầm tích hồ Tây |
Hình 4. Hàm lượng Cd trong trầm tích hồ Tây |
|
Hình 5. Hàm lượng Cr trong trầm tích hồ Tây |
Hình 6. Hàm lượng Cu trong trầm tích hồ Tây |
|
Hình 7. Hàm lượng Pb trong trầm tích hồ Tây |
Hình 8. Hàm lượng Zn trong trầm tích hồ Tây
|
Nguyên nhân sự có mặt các chất ô nhiễm trong trầm tích có thể do nội tại từ quá trình hình thành hồ hay quá trình lâu dài tiếp nhận nước thải từ hàng chục năm dẫn đến lưu cữ ô nhiễm trong lớp bùn đáy. Lớp bùn Hồ Tây có thời gian dài tiếp nhận nước thải sinh hoạt của khu vực dân cư xung quanh hồ; kim loại nặng có trong nước thải sinh hoạt được tích tụ trong trầm tích. Ngoài ra, nước mưa chảy tràn cũng có nguy cơ cuốn theo lượng kim loại từ bụi đường tích lũy vào trầm tíchKết quả phân tích cũng cho thấy hàm lượng kim loại nặng: As, Cd, Cr, Cu, Pb và Zn ở mức thấp. Tuy nhiên các giá trị này thay đổi theo vị trí lấy mẫu trong hồ.
Thành phần kim loại nặng trong bùn lớp đáy hầu hết các vị trí đều có hàm lượng cao hơn bùn lớp mặt; điều này giải thích một phần sự có mặt của các chất dinh dưỡng cũng như kim loại nặng trong lớp nước là do quá trình giải phóng chúng từ lớp bùn. Tại một vài vị trí vùng ven bờ (các điểm 5, 6, 7 và 8) hàm lượng Zn bùn bề mặt cao hơn ở đáy, sự thay đổi này có thể do hoạt động xả thải ven bờ vào hồ. Lớp bùn tầng mặt giữa hồ tại vị trí: 10, 14, 22 có hàm lượng As cũng khá cao.
Trầm tích hồ Tây một số điểm vùng ven bờ bị ô nhiễm một số kim loại nặng như As, Zn, Pb do vượt ngưỡng của QCVN 43:2012/BTNMT đối với trầm tích nước ngọt cho mục đích bảo vệ đời sống thủy sinh. Các kết quả đo đạc của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường cũng phù hợp với nghiên cứu của Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật năm 2011. Như vậy, lớp bùn tích lũy lâu năm ở lòng hồ như là bể chứa các chất ô nhiễm bao gồm các hợp chất hữu cơ, dinh dưỡng cũng như các kim loại nặng, khi gặp điều kiện thích hợp các chất ô nhiễm này tái phân bố vào lớp nước là nguy cơ gây suy giảm chất lượng nước hồ.
Tuy nhiên, đánh giá theo QCVN 07:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại thì các chỉ tiêu kim loại nặng của các mẫu bùn trầm tích hồ Tây đều nằm trong giới hạn cho phép. Như vậy, bùn nạo vét từ trầm tích hồ Tây có thể xử lý như chất thải thông thường.
Xem xét về khía cạnh tái sử dụng bùn nạo vét từ hồ Tây theo các thông số nêu trong QCVN 03-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng đất. Hình 9 và 10 thể hiện các biểu đồ so sánh nồng độ trung bình kim loại nặng trong trầm tích hồ Tây ở lớp mặt và lớp đáy với ngưỡng cho phép đối với các loại đất sử dụng cho các mục đích khác nhau.
Hình 9. So sánh hàm lượng trung bình của Pb, Cr, Cu và Zn của trầm tích hồ Tây với các ngưỡng giá trị QCVN 03-MT:2015/BTNMT
Ghi chú: M - bùn tầng mặt, D - bùn tầng đáy, Đất NN - đất nông nghiệp, Đất LN - đất nông nghiệp, Đất DS - đất dân sinh, Đất CN - đất công nghiệp, Đất DV- đất dịch vụ.
Hình 10. So sánh hàm lượng trung bình của As và Cd của trầm tích hồ Tây với các ngưỡng giá trị QCVN 03-MT:2015/BTNMT
Ghi chú: M- bùn tầng mặt, D - bùn tầng đáy, Đất NN- đất nông nghiệp, ĐấtLN - đất nông nghiệp, ĐấtDS-đất dân sinh, ĐấtCN - đất công nghiệp, ĐấtDV- đất dịch vụ.
Các biểu đồ so sánh nêu trên các Hình 9 và 10 cho thấy, hàm lượng hầu hết các kim loại nặng phân tích trong bùn trầm tích hồ Tây có giá trị thấp hơn ngưỡng giới hạn dùng cho tất cả các loại đất trong QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Tuy nhiên hàm lượng Pb trung bình của lớp bùn tầng đáy và tầng mặt tại vị trí ven bờ gần cống xả có giá trị 70,92 mg/kg và 70,67 mg/kg, cao hơn ngưỡng cho phép là 70 mg/kg của đất sử dụng cho mục đích trồng cây nông nghiệp.
4. Đề xuất giải pháp quản lý bùn nạo vét sông Tô Lịch và hồ Tây
Hà Nội hiện nay chỉ có 1 bãi chứa bùn thải Yên Sở tiếp nhận các loại bùn thải hệ thống thoát nước (cống, kênh mương, hồ) và bùn thải nhà máy XLNT. Khối lượng bùn cặn nạo vét để khơi dòng và thi công tuyến cống bao đặt ngầm dưới đáy sông Tô Lịch đưa về Nhà máy XLNT Yên Xá và bùn trầm tích nạo vét để cải thiện chất lượng nước hồ Tây dự kiến thực hiện trong năm 2018 - 2019 rất lớn, có nguy cơ gây quá tải cho bãi bùn Yên Sở và ô nhiễm môi trường nước, không khí trong khu vực. Vì vậy, cần tìm kiếm các giải pháp quản lý lượng bùn nạo vét từ sông Tô Lịch và hồ Tây hợp lý.
Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong bùn trầm tích nạo vét từ hồ Tây và sông Tô Lịch nêu trong mục 3 cho thấy, loại bùn này không phải là chất thải nguy hại nên quản lý như là các loại chất thải rắn thông thường khác. Với hàm lượng kim loại nặng không cao, bùn cặn nạo vét sau khi làm khô (Thông thường đến độ ẩm 75 - 80%) có thể sử dụng san nền để xây dựng các công trình công nghiệp, công trình dịch vụ, dân sinh hoặc xem xét để trồng một số loại cây nông nghiệp phù hợp.
Do trầm tích trong sông hồ lâu ngày, nhiều thành phần hữu cơ trong bùn bị phân hủy và khoáng hóa, độ tro của bùn cao nên bùn có thể được sử dụng làm cát nhân tạo trong vật liệu xây dựng.
Để làm khô bùn nạo vét, giải pháp kinh tế nhất vẫn là phơi bùn trên các ô chứa để làm mất nước nhờ các quá trình bay hơi và thấm lọc. Tuy nhiên, giải pháp làm khô tự nhiên này dễ gây mùi hôi và nước rỉ bùn chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng, kim loại nặng… cao làm ô nhiễm môi trường nước khu vực xung quanh bãi chứa bùn.
Một giải pháp hiệu quả để làm khô và tách kim loại nặng trong bùn là ổn định bùn thải trên bãi lọc trồng cây. Quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong bùn cặn nhờ hệ thống vi sinh vật cư trú trên bộ rễ của các loại cây thân bấc. Các chất dinh dưỡng như N, P… cũng được chuyển thành sinh khối cây trồng. Kim loại nặng được tích tụ trong sinh khối thực vật nhờ quá trình hấp thụ qua bộ rễ. Ở lớp bùn vùng thiếu khí phía dưới bãi lọc, quá trình khử sunphat hình thành nên S2-và kim loại nặng chuyển thành dạng hòa tan khi pH thấp do vi khuẩn khử sunphat tạo ra. Hàm lượng kim loại nặng trong bùn được giảm xuống, đảm bảo yêu cầu chất lượng đất nông nghiệp hoặc các loại đất sử dụng cho mục đích khác theo quy định của QCVN 03:2008/BTNMT. Nước rỉ từ bùn thải được lọc qua lớp đá vôi (CaCO3) phía dưới và bơm về một bể chứa. Tại đây, bằng biện pháp kiềm hóa bổ sung (vôi hoặc xôđa) để nâng pH, các hydroxit kim loại hình thành và kết tủa. Kim loại nặng được thu hồi để tái sử dụng hoặc đưa đi xử lý riêng.
6. Kết luận
Bùn các sông hồ thoát nước Hà Nội được nạo vét thường xuyên theo quy trình duy tu, bảo trì hệ thống thoát nước. Mặt khác, khi thực hiện các dự án cải thiện môi trường nước, bùn trầm tích từ các sông, hồ nội đô được loại bỏ về bãi tập trung bùn với khối lượng lớn, dễ gây quá tải cũng như ô nhiễm môi trường nước, không khí và đất khu vực xử lý. Việc vận chuyển một khối lượng lớn bùn trầm tích từ sông Tô Lịch và hồ Tây về bãi chứa bùn Yên Sở khi thực hiện các dự án cải thiện chất lượng nước tại các sông hồ này trong năm 2018 - 2019 sẽ tạo nên các rủi ro về môi trường cho khu vực bãi chứa.
Do lắng đọng và trầm tích lâu năm trong sông Tô Lịch và hồ Tây nên nồng độ một số kim loại nặng Tuy nhiên, hàm lượng trung bình các kim loại nặng như As, Cd, Pb, Cr, Zn, Cu,Hg… vẫn nằm dưới ngưỡng quy định đối với chất thải nguy hại, đảm bảo cho các loại bùn trầm tích khô có thể sử dụng để san nền xây dựng công trình công nghiệp, dịch vụ, dân sinh, trồng cây lâm nghiệp hoặc một số loại cây nông nghiệp khác phù hợp.
Đây là các giải pháp định hướng đề xuất để quản lý các loại bùn này sau khi nạo vét, nhằm đảm bảo hoạt động ổn định cho bãi chứa bùn Yên Sở cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước, không khí và đất khu vực.
PGS.TS. Trần Đức Hạ
Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Xây dựng
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề I/2018)
