Luận án Nghiên cứu đề xuất mô hình tổ chức thoát nước và xử lý nước thải phù hợp cho Thủ đô Viên Chăn CHDCND Lào theo hướng kết hợp tập trung và phân tán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI XAIGNAVONG LANGKONE NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TỔ CHỨC THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP CHO THỦ ĐÔ VIÊN CHĂN CHDCND LÀO THEO HƯỚNG KẾT HỢP TẬP TRUNG VÀ PHÂN TÁN Chuyên ngành: KTMT - Công nghệ môi trường nước và nước thải Mã số: 9520320-2 LUẬN ÁN TIẾN SỸ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS. TS. Nguyễn Việt Anh Hà Nội - Năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI XAIGNAVONG LANGKONE NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TỔ CHỨC THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP CHO THỦ ĐÔ VIÊN CHĂN CHDCND LÀO THEO HƯỚNG KẾT HỢP TẬP TRUNG VÀ PHÂN TÁN Chuyên ngành: KTMT - Công nghệ môi trường nước và nước thải Mã số: 9520320-2 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS. TS. Nguyễn Việt Anh Hà Nội - Năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Nguyễn Việt Anh. Toàn bộ số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về các kết quả nghiên cứu và công bố của mình. Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2023 Tác giả XAIGNAVONG LANGKONE ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn GS. TS. Nguyễn Việt Anh đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn, Khoa Kỹ thuật môi trường, Phòng Quản lý Đào tạo, Trường đại học Xây dựng Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, dành nhiều thời gian trao đổi, tạo điều kiện để tôi hoàn thành công trình này, đồng thời đóng góp những ý kiến quý báu giúp tôi định hướng nghiên cứu một cách đúng đắn. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các doanh nghiệp đã đầu tư xây dựng các công trình thí điểm để tôi có kết quả khảo sát, các Bộ ban ngành hỗ trợ và cung cấp thông tin giúp tôi có được những tài liệu, số liệu quý báu, hữu ích nâng cao tính chính xác cho kết quả nghiên cứu của Luận án. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và các cộng sự đã hết lòng giúp tôi có được hậu phương vững chắc, đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên tinh thần, hỗ trợ khi tôi khó khăn, giúp tôi hoàn thành bài nghiên cứu của mình. Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2023 Tác giả XAIGNAVONG LANGKONE iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ xi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... xiv MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu của Luận án ................................................ 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................... 3 4. Cơ sở khoa học .................................................................................................. 3 5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 3 6. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 4 7. Ý nghĩa khoa học của Luận án .......................................................................... 5 8. Ý nghĩa thực tiễn của Luận án .......................................................................... 5 9. Tính mới của Luận án ....................................................................................... 5 10. Cấu trúc của luận án .......................................................................................... 6 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG THOÁT NƯỚC Ở THỦ ĐÔ VIÊN CHĂN, CHDCND LÀO VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH TN VÀ XLNT ĐÔ THỊ TRONG KHU VỰC VÀ TRÊN THẾ GIỚI .................................................... 8 1.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu: Thủ đô Viên Chăn, CHDCND Lào ........ 8 1.1.1. Điều kiện tự nhiên .......................................................................................... 8 1.1.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội và quy hoạch phát triển của thành phố ................ 10 1.1.3. Hiện trạng cấp thoát nước và tình hình ô nhiễm môi trường ....................... 13 1.2. Tổng quan về các dự án cải tạo môi trường, thoát nước và xử lý nước thải ở Thủ đô Viên Chăn ..................................................................................................... 25 1.2.1. Các dự án cải tạo môi trường nước ở TĐVC năm 1991-2004..................... 25 1.2.2. Nghiên cứu cải thiện chất lượng môi trường nước Thủ đô Viên Chăn của JICA, 2011 ................................................................................................................ 26 iv 1.2.3. Nghiên cứu khả thi quy hoạch thoát nước và xử lý nước thải ở Thủ đô Viên Chăn của EDCF, 2013 ............................................................................................... 27 1.2.4. Nghiên cứu khả thi quy hoạch thoát nước ở Thủ đô Viên Chăn của Hungary năm 2020 ................................................................................................................... 28 1.2.5. Nhận xét thảo luận về các dự án TN và XLNT từng có trước đây tại TĐVC 29 1.3. Tổng quan về mô hình thoát nước và xử lý nước thải tại một số thành phố lớn của Lào ................................................................................................................ 30 1.3.1. Quy hoạch thoát nước và xử lý nước thải cho TP Luang Prabang .............. 30 1.3.2. Mô hình thoát nước và xử lý nước thải của TP Kaysone Phomvihane, tỉnh Savannakhet .............................................................................................................. 31 1.3.3. Nhận xét thảo luận các dự án TN và XLNT tại một số TP lớn của Lào ...... 33 1.4. Các nghiên cứu về mô hình thoát nước và xử lý nước thải, các ứng dụng thực tế tại các thành phố ở các quốc gia có điều kiện tương tự với Lào ........................... 33 1.4.1. Nghiên cứu về thoát nước và xử lý nước thải ở Thủ đô Hà Nội .................. 33 1.4.2. Nghiên cứu về “chiến lược vệ sinh” khu vực Nam Cần Thơ, Việt Nam ..... 34 1.4.3. Định hướng thoát nước và xử lý nước thải ở TP. Vĩnh Long, Việt Nam .... 37 1.4.4. Tổng quan về mô hình thoát nước và xử lý nước thải ở thành phố Hua Hín, Thái Lan ........................................................................................................... 39 1.4.5. Tổng quan về mô hình thoát nước và xử lý nước thải ở Thủ đô Phnom Penh, Campuchia ................................................................................................................. 40 1.4.6. Bài học kinh nghiệm từ các dự án TN và XLNT ở các thành phố, quốc gia có điều kiện tương tự Lào .............................................................................................. 42 1.5. Kết luận Chương 1 và đặt vấn đề nghiên cứu .............................................. 44 CHƯƠNG II - CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CHO LỰA CHỌN MÔ HÌNH THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI .............................. 45 2.1. Nguồn gốc, thành phần, tính chất của nước thải đô thị ............................... 45 2.1.1 Nguồn gốc, thành phần tính chất của nước thải đô thị ................................ 45 2.1.2 Nguồn gốc, thành phần tính chất của bùn thải đô thị .................................. 45 2.2. Cơ sở khoa học lựa chọn mô hình thoát nước và xử lý nước thải ............... 46 2.2.1. Các loại hệ thống thoát nước ....................................................................... 46 2.2.2. Các mô hình thoát nước và xử lý nước thải ................................................. 50 v 2.2.3. Một số công nghệ xử lý nước thải đô thị ..................................................... 53 2.2.4. Một số công nghệ xử lý nước thải quy mô nhỏ, chi phí thấp ...................... 57 2.2.5. Một số công nghệ xử lý bùn thải.................................................................. 66 2.3. Cơ sở tính toán, thiết kế hệ thống thoát nước và xử lý nước thải ................ 68 2.3.1. Các văn bản pháp quy liên quan thoát nước và xử lý nước thải ở Lào và Việt Nam làm cơ sở thiết kế .............................................................................................. 68 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm các công trình xử lý nước thải phân tán tại Thủ đô Viên Chăn .......................................................................................... 69 2.3.3. Phương pháp tính toán, thiết kế sơ bộ HTTN và XLNT ............................. 71 2.4. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật; phân tích tài chính dự án xây dựng hệ thống TN và XLNT ................................................................................................... 75 2.4.1. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật ....................................................... 75 2.4.2. Phân tích tài chính dự án TN và XLNT ....................................................... 77 2.4.3. Phương pháp phân tích kinh tế - xã hội dự án TN và XLNT ...................... 79 2.4.4. Tính toán tỷ lệ lợi ích: chi phí (B/C) ............................................................ 87 2.4.5. Phương pháp phân tích đa tiêu chí để đánh giá, lựa chọn phương án thoát nước và xử lý nước thải phù hợp .............................................................................. 88 CHƯƠNG III – NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÔ HÌNH TỔ CHỨC THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO THỦ ĐÔ VIÊN CHĂN ........................... 90 3.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm một số mô hình thoát nước và xử lý nước thải phân tán tại Thủ đô Viên Chăn .......................................................................... 90 3.1.1. Kết quả thực nghiệm mô hình xử lý nước thải tại chỗ bằng bể tự hoại ....... 90 3.1.2. Kết quả thực nghiệm công nghệ xử lý nước thải phân tán BASTAF .......... 92 3.1.3. Kết quả thực nghiệm mô hình XLNT phân tán bằng công nghệ ABR ........ 96 3.1.4. Kết quả thực nghiệm mô hình xử lý nước thải theo cụm công nghệ AO .... 97 3.1.5. Kết quả thực nghiệm mô hình XLNT theo cụm, công nghệ Johkasou ........ 98 3.1.6. Tổng hợp các kết quả đánh giá và thảo luận ................................................ 99 3.2. Nghiên cứu đề xuất mô hình thoát nước và xử lý nước thải phù hợp cho Thủ đô Viên Chăn ........................................................................................................... 102 3.2.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 102 3.2.2. Phân chia lưu vực thoát nước và hướng thoát nước thải ........................... 104 vi 3.2.3. Các phương án tổ chức thoát nước và xử lý nước thải .............................. 105 3.2.4. Kết quả tính toán lưu lượng nước thải ....................................................... 108 3.2.5. Kết quả tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước và thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải theo các phương án ................................................................................. 108 3.2.6. Phương án đấu nối hộ gia đình vào mạng lưới thoát nước ........................ 116 3.2.7. Giải pháp quản lý bùn thải ......................................................................... 118 CHƯƠNG IV - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 121 4.1. Kết quả xác định các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật và phân tích kinh tế - xã hội theo các phương án.................................................................................................. 121 4.1.1. Kết quả xác định các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật và phân tích tài chính theo từng phương án ....................................................................................................... 121 4.1.2. Kết quả đánh giá lợi ích kinh tế - xã hội theo các phương án.................... 133 4.1.3. Kết quả phân tích lợi ích: chi phí (B/C) theo các phương án .................... 137 4.1.4. Mối liên hệ giữa chi phí của mô hình thoát nước và xử lý nước thải theo mật độ dân số.................................................................................................................. 139 4.2. Đánh giá và lựa chọn mô hình thoát nước và xử lý nước thải phù hợp cho Thủ đô Viên Chăn ................................................................................................... 140 4.2.1. Kết quả đánh giá các phương án theo phương pháp đa tiêu chí ................ 140 4.2.2. Đánh giá sự phù hợp với quy hoạch phát triển của thành phố ................... 141 4.3. Đề xuất lộ trình thực hiện và mô hình tổ chức quản lý vận hành hệ thống thoát nước và xử lý nước thải cho Thủ đô Viên Chăn ............................................ 142 4.3.1. Lộ trình thực hiện dự án thoát nước và xử lý nước thải theo phương án tập trung kết hợp phân tán, tại chỗ ................................................................................ 142 4.3.2. Mô hình tổ chức quản lý vận hành hệ thống TN và XLNT cho Thủ đô Viên Chăn 145 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 147 1. Kết luận ...................................................................................................... 147 2. Kiến nghị .................................................................................................... 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 151 vii MỤC LỤC PHỤ LỤC PL01. Số liệu tính toán dân số và lưu lượng PL02. Tính toán thủy lực cho các tuyến cống Phương án 1 PL03. Tính toán thủy lực cho các tuyến cống Phương án 2 PL04. Tính toán thủy lực cho các tuyến cống Phương án 3 PL05. Khái toán kinh tế phần mạng lưới PA1 PL06. Khái toán kinh tế phần mạng lưới PA2 PL07. Khái toán kinh tế phần mạng lưới PA3 PL08. Tính toán thiết kế TXLTT Q=28.000m³/ngđ_Phương án 1 PL09. Tính toán thiết kế TXLTT Q=22.500m³/ngđ_Phương án 2 PL10. Tính toán thiết kế TXLTT Q=1.500m³/ngđ_Phương án 2 PL11. Tính toán thiết kế TXLTT Q=2.000m³/ngđ_Phương án 2 PL12. Tính toán thiết kế TXLTT Q=1.000m³/ngđ_Phương án 2 PL13. Tính toán thiết kế TXLTT Q=500m³/ngđ_Phương án 2 PL14. Tổng hợp kết quả khái toán kinh tế xây dựng TXL theo PA3 PL15. Bảng tổng hợp phương án đấu nối, phương án thu gom và XLNT cho khu vực Trung tâm TĐVC PL16. Kết quả phân tích tài chính PL17. Kết quả thí nghiệm công trình thí điểm tại Lào PL18. Tổng hợp chi phí và lợi ích PL19. Tiêu chuẩn môi trường Lào, 81/CP, 2017 và Quy chuẩn VN về nước thải sinh hoạt (QCVN 7957:2008) và nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011) PL20. Tài liệu tham khảo: The World Bank, Water and Sanitation Program (2009). Economic Impacts of sannitation in Lao PDR (ESI-1) PL21. Tài liệu tham khảo: The World Bank, Water and Sanitation Program (2013). Economic Assessment of Sanitation Interventions in Lao People's Democratic republic (ESI-2) viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Dữ liệu khí tượng thủy văn của Thủ đô Viên Chăn .................................. 9 Bảng 1. 2. Quy mô cấp độ các nhà máy tại Thủ đô Viên Chăn ............................... 11 Bảng 1. 3. Số lượng nhà máy có vốn đầu tư nước ngoài .......................................... 11 Bảng 1. 4. Số lượng khách du lịch hàng năm ........................................................... 12 Bảng 1. 5. Hệ thống ao hồ trong lưu vực TN của TĐVC ......................................... 16 Bảng 1. 6. Hệ thống kênh TN trong lưu vực TN của TĐVC .................................... 16 Bảng 1. 7. Các chỉ tiêu chất lượng NT ở các kênh thoát nước của TĐVC ............... 20 Bảng 1. 8. Quy hoạch thoát nước ở TĐVC của EDCF giai đoạn 2014-2030 ........... 27 Bảng 1. 9. Lượng nước thải phát sinh trung bình ở TP KaySone ............................. 32 Bảng 1. 10. Kết quả phân tích chi phí của các PA vệ sinh ở Nam Cần Thơ ............ 36 Bảng 1. 11. So sánh chi phí của các PA vệ sinh và quy chuẩn xả thải ..................... 38 Bảng 1. 12. Các thông số về trạm XLNT ở TP. Hua Hín, Thái Lan ........................ 39 Bảng 1. 13. So sánh các loại công nghệ XLNT cho TXL hồ Cheung Aek .............. 42 Bảng 2. 1. Thành phần, tính chất bùn bể tự hoại tại một số nước ............................ 46 Bảng 2. 2. So sánh hệ thống TN và XLNT tập trung và phân tán ............................ 52 Bảng 2. 3. Phân tích SWOT công nghệ xử lý nước thải AO .................................... 54 Bảng 2. 4. Phân tích SWOT công nghệ xử lý nước thải MBR ................................. 55 Bảng 2. 5. Phân tích SWOT công nghệ xử lý nước thải SBR .................................. 56 Bảng 2. 6. Phân tích SWOT công nghệ XLNT tại chỗ bằng BTH truyền thống ...... 57 Bảng 2. 7. Các loại bể tự hoại, cấu tạo và điều kiện áp dụng ................................... 60 Bảng 2. 8. Phân tích SWOT công nghệ XLNT phân tán BAST, BASTAF ............. 61 Bảng 2. 9. Phân tích SWOT công nghệ xử lý nước thải bằng hồ sinh học ............... 63 Bảng 2. 10. Quy mô công suất của bể Johkasou ....................................................... 66 Bảng 2. 11. Công nghệ XL bùn tại các TXL NT đô thị tại Việt Nam ...................... 68 Bảng 2. 12. Các điểm lấy mẫu đánh giá các công nghệ XLNT phân tán ở TĐVC .. 70 Bảng 2. 13. Các phương pháp phân tích tiêu chuẩn áp dụng trong thí nghiệm ........ 71 Bảng 2. 14. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt ........................................................................................... 74 Bảng 2. 15. Chi phí đơn vị liên quan đến điều trị một số bệnh ................................ 80 ix Bảng 2. 16. Chi phí thiệt hại do giảm năng suất lao động vì các bệnh liên quan đến nước ........................................................................................................................... 82 Bảng 2. 17. Chi phí thiệt hại do tử vong ................................................................... 83 Bảng 2. 18. Chi phí tiếp cận nguồn nước và xử lý nước trong hộ gia đình .............. 84 Bảng 2. 19. Bảng tổng hợp các lợi ích theo hộ gia đình mỗi năm ............................ 87 Bảng 3. 1. Hiệu suất xử lý của BTH truyền thống ở TĐVC ..................................... 92 Bảng 3. 2. Các thông số của 3 bể BASTAF xây dựng thí điểm ............................... 93 Bảng 3. 3. Hiệu suất xử lý bằng công nghệ BASTAF ở TĐVC ............................... 95 Bảng 3. 4. Hiệu quả xử lý bằng công nghệ ABR ở TĐVC ....................................... 96 Bảng 3. 5. Hiệu quả xử lý bằng công nghệ bùn hoạt tính ở TĐVC .......................... 98 Bảng 3. 6. Hiệu suất XLNT của bể Johkasou tại Sân bay Quốc tế, TĐVC .............. 99 Bảng 3. 7. Bảng tổng hợp kích thước các tuyến cống chính - PA1 ........................ 109 Bảng 3. 8. Vị trí đặt trạm bơm và công suất của từng trạm bơm theo PA1 ............ 110 Bảng 3. 9. Bảng tổng hợp kích thước một số tuyến cống chính PA2 ..................... 111 Bảng 3. 10. Vị trí và công suất của các trạm bơm theo PA2 .................................. 113 Bảng 3. 11. Bảng tổng hợp kích thước một số tuyến cống chí