Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng suy thoái nguồn nước mặt đang là thách thức an ninh môi trường nghiêm trọng tại Việt Nam, nơi có hơn 2.360 con sông, suối dài trên 10 km tiếp nhận hàng triệu mét khối chất thải mỗi ngày. Theo thống kê y tế cộng đồng, mỗi năm cả nước ghi nhận khoảng 9.000 trường hợp tử vong do điều kiện vệ sinh nguồn nước kém và hơn 200.000 ca mắc bệnh ung thư mới phát hiện có liên quan mật thiết đến việc sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm. Thành phố Lạng Sơn, với diện tích tự nhiên 78,11 km2 và quy mô dân số đạt 90.394 người vào năm 2018, đang trải qua giai đoạn đô thị hóa và phát triển thương mại dịch vụ biên mậu nhanh chóng. Áp lực từ hoạt động kinh tế - xã hội đã tạo ra tải lượng chất thải lớn đổ trực tiếp vào lưu vực sông Kỳ Cùng (lưu lượng dòng chảy trung bình 2.300 m3/s) cùng hệ thống hồ, suối nội đô.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường của học viên Hoàng Phương Thúy, dưới sự hướng dẫn khoa học của Phó Giáo sư Bùi Xuân Dũng tại Trường Đại học Lâm nghiệp, được thực hiện nhằm giải quyết bài toán cấp thiết này. Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá định lượng diễn biến chất lượng môi trường nước mặt giai đoạn 2014 - 2018, nhận diện và bóc tách các nguồn phát thải chính, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước cho thành phố Lạng Sơn. Phạm vi nghiên cứu bao quát 6 vị trí thủy vực trọng điểm tiếp nhận nguồn thải lớn trong khung thời gian 5 năm liên tục. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp bộ chỉ số WQI và dữ liệu quan trắc chuẩn hóa giúp chính quyền địa phương kiểm soát hiệu quả các điểm nóng ô nhiễm và định hướng phát triển hạ tầng kỹ thuật bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cân bằng vật chất thủy vực và cơ chế tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên. Khi nguồn nước tiếp nhận các hợp chất hữu cơ, vi sinh vật dị dưỡng sẽ sử dụng lượng oxy hòa tan (DO) trong nước để phân hủy chất ô nhiễm, tạo nên sự biến thiên của các chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày (BOD5) và nhu cầu oxy hóa học (COD). Khi lượng chất thải vượt quá khả năng tự làm sạch, môi trường nước sẽ rơi vào trạng thái suy thoái và xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa do tích tụ các hợp chất chứa nitơ (NH4+, NO2-) và phospho (PO43-).

Khung đánh giá chất lượng nước của luận văn dựa trên hai công cụ quy chuẩn chính:

  1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT, phân loại chất lượng nước theo các mục đích sử dụng từ bảo tồn thủy sinh, cấp nước sinh hoạt đến tưới tiêu nông nghiệp.
  2. Phương pháp tính toán Chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01/07/2011 của Tổng cục Môi trường. Chỉ số WQI là một đại lượng không thứ nguyên, biến thiên trên thang điểm 0 - 100 và được phân loại thành 5 mức tương ứng với các dải màu trực quan (xanh nước biển: 91 - 100, xanh lá cây: 76 - 90, vàng: 51 - 75, da cam: 26 - 50, đỏ: 0 - 25), phản ánh mức độ phù hợp của nguồn nước đối với từng mục đích khai thác.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết lập mạng lưới quan trắc gồm 6 điểm lấy mẫu đại diện cho các thủy vực tiếp nhận chất thải điển hình trên địa bàn thành phố Lạng Sơn, bao gồm: Hồ Phai Món (NM1), Sông Kỳ Cùng tại Cầu Ngầm (NM2), Suối Lao Ly tại cầu Phố Muối (NM3), Hồ Phai Loạn (NM4), Hồ Nà Tâm (NM5) và Sông Kỳ Cùng tại cầu Mai Pha (NM6). Tần suất thu mẫu được thực hiện định kỳ 2 đợt/năm (đợt 1 vào tháng 4 thuộc mùa mưa và đợt 2 vào tháng 9 thuộc thời kỳ chuyển mùa) liên tục trong 5 năm (2014 - 2018), hình thành bộ dữ liệu thực nghiệm gồm 60 mẫu nước mặt.

Phương pháp chọn mẫu chủ đích được áp dụng nhằm bám sát các khu vực chịu tác động trực tiếp từ hoạt động dân sinh, bệnh viện, chợ và vùng sản xuất nông nghiệp. Quy trình lấy mẫu tầng mặt và bảo quản mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5992:1995, TCVN 5993:1995 và TCVN 5996:1995 bằng thiết bị lấy mẫu chuyên dụng hình trụ mở Ruttner và Kemmerer dung tích 1 - 3 lít. Các mẫu nước được phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn của Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Lạng Sơn theo 5 nhóm chỉ tiêu: vật lý (pH, DO, TSS), hữu cơ (BOD5, COD), dinh dưỡng (NH4+, NO2-), kim loại nặng (Fe, Zn) và vi sinh (Coliform), tuân theo các phương pháp phân tích tiêu chuẩn như TCVN 6001-1:2008, SMEWW 2540D:2012 và TCVN 6187-1-2009. Việc lựa chọn tổ hợp phương pháp này đảm bảo tính tương thích kỹ thuật theo Thông tư số 24/2017/TT-BTNMT, cho phép tính toán chính xác chỉ số WQI thành phần và tổng hợp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích 60 mẫu nước mặt trong giai đoạn 2014 - 2018 ghi nhận những phát hiện nổi bật về sự phân hóa chất lượng nước theo không gian và thời gian:

  • Biến động hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và giá trị pH: Giá trị pH tại cả 6 điểm quan trắc tương đối ổn định, dao động trong ngưỡng an toàn 6,8 - 7,9. Tuy nhiên, hàm lượng TSS có sự gia tăng đột biến vào các đợt quan trắc tháng 4 (mùa mưa) tại các điểm trên sông Kỳ Cùng (Cầu Ngầm NM2 và Cầu Mai Pha NM6), cao hơn từ 35% đến 60% so với đợt quan trắc tháng 9, do lưu lượng dòng chảy lớn cuốn theo phù sa và đất xói mòn từ lưu vực thượng nguồn.
  • Ô nhiễm hữu cơ và amoni nghiêm trọng tại các thủy vực nội đô: Nồng độ BOD5 và COD tại Hồ Phai Món (NM1), Hồ Phai Loạn (NM4) và suối Lao Ly (NM3) liên tục vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 và chạm ngưỡng cột B1. Điển hình tại suối Lao Ly và Hồ Phai Món, hàm lượng NH4+ thường xuyên vượt giới hạn cho phép từ 1,5 đến 3,2 lần qua các đợt quan trắc.
  • Chỉ số vi sinh Coliform vượt chuẩn: Tại điểm NM2 (Cầu Ngầm) và NM3 (suối Lao Ly), mật độ Coliform quan trắc được luôn ở mức cao, vượt ngưỡng cho phép đối với nguồn cấp nước sinh hoạt từ 200% đến 450%, phản ánh sự xâm nhập trực tiếp của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý.
  • Phân hóa rõ nét của chỉ số chất lượng nước (WQI): Hồ Nà Tâm (NM5) và Sông Kỳ Cùng tại Cầu Mai Pha (NM6) duy trì chất lượng nước ở mức khá đến trung bình với WQI đạt từ 58 đến 82 (nhóm màu xanh lá cây và màu vàng). Ngược lại, Hồ Phai Món (NM1) có chỉ số WQI giảm sút nghiêm trọng, nhiều năm rơi vào khoảng 18 - 38 (nhóm màu đỏ và da cam - nước ô nhiễm nặng), trong khi suối Lao Ly có sự cải thiện nhẹ sau khi được nạo vét nhưng WQI vẫn chỉ dao động ở mức 42 - 56.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm chất lượng nước mặt tại thành phố Lạng Sơn bắt nguồn từ tổ hợp nhiều nguyên nhân nhân sinh và tự nhiên. Dựa trên số liệu thống kê dân số 72.173 người ở vùng nội thị và định mức sử dụng nước 100 lít/người/ngày (theo TCXDVN 33:2006/BXD), lượng nước thải sinh hoạt phát sinh hàng ngày ước tính khoảng 5.774 m3/ngày. Do thành phố chưa có trạm xử lý nước thải đô thị tập trung, toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt chỉ qua bể tự hoại sơ sài rồi xả thẳng ra các mương hở, suối Lao Ly và đổ vào sông Kỳ Cùng. Thêm vào đó, hơn 861 cơ sở sản xuất, kinh doanh dịch vụ trên địa bàn thải ra khoảng 4.027 m3 nước thải mỗi ngày, đặc biệt là các điểm giết mổ gia súc và chợ truyền thống (chợ Giếng Vuông xả 30 - 50 m3/ngày, chợ Đông Kinh) chứa lượng lớn chất hữu cơ chưa được xử lý triệt để.

Bên cạnh đó, các cơ sở y tế với hơn 1.000 giường bệnh đóng góp từ 1.000 đến 2.000 m3 nước thải/ngày. Điển hình như Bệnh viện Đa khoa tỉnh có hệ thống xử lý thiết kế 350 m3/ngày cho 350 - 400 giường nhưng thực tế phục vụ tới 640 giường, dẫn đến hiện tượng quá tải cục bộ. Về mặt thủy văn, Hồ Phai Món là hồ kín, không có dòng chảy lưu thông kết hợp tình trạng bồi lấp vật liệu xây dựng đã biến lòng hồ thành túi chứa nước tù, mất hoàn toàn khả năng tự làm sạch. Trong khi đó, dòng chính sông Kỳ Cùng có lưu lượng 2.300 m3/s tạo điều kiện pha loãng tốt hơn, nhưng lại chịu tác động mạnh bởi phân bón hóa học rửa trôi từ 5.729,76 ha đất nông nghiệp tại các xã ngoại thành Mai Pha và Hoàng Đồng. Sự biến thiên của các chỉ số này có thể được mô hình hóa trực quan qua bảng tổng hợp tải lượng chất thải và đồ thị phân bố WQI đa thời gian, làm nổi bật bức tranh tương phản giữa thủy vực tự nhiên và hồ đầm đô thị hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi và kiểm soát bền vững chất lượng môi trường nước mặt thành phố Lạng Sơn, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý trọng tâm:

  1. Đầu tư xây dựng hạ tầng thu gom và xử lý nước thải đô thị tập trung: Ủy ban nhân dân thành phố Lạng Sơn phối hợp với Sở Xây dựng cần quy hoạch và triển khai xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung công suất thiết kế 6.000 - 8.000 m3/ngày đêm trong lộ trình 2020 - 2025. Mục tiêu hướng tới xử lý đạt chuẩn tối thiểu 70% tổng lượng nước thải sinh hoạt đô thị phát sinh trước khi xả ra sông Kỳ Cùng.
  2. Kiểm soát nguồn xả thải y tế và cơ sở sản xuất kinh doanh: Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Lạng Sơn cần yêu cầu 100% bệnh viện và trung tâm y tế hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải đạt QCVN 28:2010/BTNMT, đặc biệt đưa vào vận hành trạm xử lý mới của Bệnh viện Đa khoa tỉnh quy mô 700 giường. Đồng thời, lắp đặt hệ thống tách mỡ và xử lý sinh học sơ bộ bắt buộc đối với hơn 861 cơ sở kinh doanh dịch vụ ăn uống và các điểm giết mổ tại chợ Giếng Vuông, giảm 80% tải lượng BOD5 và Coliform xả thải.
  3. Cải tạo thủy vực, khơi thông dòng chảy và nạo vét bùn đáy: Ủy ban nhân dân thành phố cần tiếp tục triển khai dự án nạo vét lòng suối Lao Ly, tiến hành thanh thải bùn lắng và giải tỏa lấn chiếm tại Hồ Phai Món và Hồ Phai Loạn trong giai đoạn 2020 - 2023. Giải pháp này giúp tái tạo dung tích hữu ích của hồ, nâng chỉ số WQI tại các điểm nóng này từ mức ô nhiễm nặng lên mức trung bình (WQI > 50).
  4. Mở rộng mạng lưới quan trắc tự động và quản lý nguồn thải nông nghiệp: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn cần nâng tần suất quan trắc định kỳ từ 2 đợt/năm lên 4 đợt/năm, đồng thời xây dựng 02 trạm quan trắc nước mặt tự động liên tục trên sông Kỳ Cùng tại khu vực Cầu Mai Pha và Cầu Ngầm. Bên cạnh đó, chính quyền 3 xã Mai Pha, Hoàng Đồng, Quảng Lạc cần thiết lập hệ thống bể thu gom bao bì thuốc bảo vệ thực vật sau sử dụng nhằm ngăn chặn hoàn toàn dư lượng hóa chất rửa trôi vào nguồn nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cán bộ quản lý môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Lạng Sơn: Dữ liệu quan trắc 5 năm liên tục và phương pháp tính WQI là công cụ khoa học trực tiếp phục vụ công tác thanh tra, cấp phép xả thải và xây dựng Báo cáo Hiện trạng môi trường định kỳ của tỉnh.
  • Kỹ sư và nhà quy hoạch hạ tầng cấp thoát nước đô thị: Số liệu tính toán tải lượng nước thải sinh hoạt (5.774 m3/ngày), nước thải công nghiệp - làng nghề (4.027 m3/ngày) và đặc tính thủy văn sông Kỳ Cùng cung cấp cơ sở thông số đầu vào chính xác để tính toán quy mô trạm xử lý và thiết kế mạng lưới thoát nước riêng biệt.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước: Luận văn là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận kết hợp giữa quan trắc hóa lý truyền thống với mô hình toán WQI theo hướng dẫn của Tổng cục Môi trường trong đánh giá chất lượng nước lưu vực sông liên vùng.
  • Doanh nghiệp sản xuất, hợp tác xã kinh doanh dịch vụ và ban quản lý các chợ: Giúp nhận thức rõ trách nhiệm pháp lý và tải lượng phát thải từ hoạt động kinh doanh, từ đó chủ động đầu tư hệ thống xử lý nước thải cục bộ đạt chuẩn kỹ thuật, hạn chế rủi ro xử phạt vi phạm hành chính về môi trường.

Câu hỏi thường gặp

Chỉ số WQI tại các thủy vực thành phố Lạng Sơn trong giai đoạn 2014 - 2018 biến động ra sao?
Chất lượng nước có sự phân hóa mạnh mẽ. Trong khi Hồ Nà Tâm và Sông Kỳ Cùng tại Cầu Mai Pha duy trì WQI ở mức khá và trung bình (từ 58 đến 82), thì Hồ Phai Món liên tục nằm trong ngưỡng ô nhiễm nặng với WQI dưới 38. Suối Lao Ly sau khi được kè bờ, nạo vét đã có cải thiện nhưng chỉ số WQI vẫn chỉ dao động ở mức trung bình từ 42 đến 56.

Nguồn phát thải nào gây áp lực lớn nhất lên môi trường nước mặt thành phố?
Nguồn thải sinh hoạt đô thị chưa qua xử lý là nguyên nhân lớn nhất, phát sinh khoảng 5.774 m3/ngày từ 72.173 dân cư nội thành. Kế tiếp là nước thải từ 861 cơ sở sản xuất, kinh doanh dịch vụ với lưu lượng khoảng 4.027 m3/ngày và nước thải y tế dao động từ 1.000 đến 2.000 m3/ngày từ các bệnh viện tuyến tỉnh vượt tải.

Tại sao hàm lượng TSS và Coliform thường tăng đột biến vào đợt quan trắc tháng 4 hàng năm?
Tháng 4 là thời điểm bắt đầu mùa mưa lũ tại vùng núi Đông Bắc. Lượng mưa lớn làm gia tăng lưu lượng dòng chảy sông Kỳ Cùng (trung bình 2.300 m3/s), cuốn theo bùn cát xói mòn từ lưu vực làm TSS tăng 35% - 60%. Đồng thời, nước mưa chảy tràn cuốn trôi rác thải, phân gia súc và nước cống đô thị lộ thiên làm mật độ vi sinh Coliform tăng vọt.

Đặc thù ô nhiễm tại Hồ Phai Món có gì khác so với dòng chảy sông Kỳ Cùng?
Khác với sông Kỳ Cùng có dòng chảy lưu thông lớn giúp pha loãng chất thải, Hồ Phai Món là hồ kín, không có cửa thoát nước thường xuyên. Việc tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt và bị bồi lấp bởi đất cát xây dựng đã biến hồ thành vùng nước tù đọng, đáy lắng bùn hữu cơ dày đặc bốc mùi hôi thối, làm WQI giảm sâu xuống nhóm màu đỏ.

Thành phố Lạng Sơn cần ưu tiên giải pháp kỹ thuật nào trước mắt để cải thiện chất lượng nước?
Ưu tiên hàng đầu là đầu tư trạm xử lý nước thải đô thị tập trung công suất 6.000 - 8.000 m3/ngày đêm và nâng cấp trạm xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa tỉnh quy mô 700 giường. Song song đó, cần nạo vét định kỳ lòng dẫn suối Lao Ly, Hồ Phai Món và kiểm soát chặt các cơ sở giết mổ tại chợ Giếng Vuông.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện gồm 60 mẫu nước mặt tại 6 vị trí then chốt, phản ánh chân thực biến động chất lượng nước thành phố Lạng Sơn suốt giai đoạn 2014 - 2018.
  • Ứng dụng thành công chỉ số WQI và QCVN 08-MT:2015/BTNMT để chỉ ra sự suy giảm chất lượng nước cục bộ, đặc biệt tại các thủy vực nội đô như Hồ Phai Món, Hồ Phai Loạn và suối Lao Ly.
  • Định lượng chi tiết các nguồn phát thải lớn gây ô nhiễm, gồm 5.774 m3/ngày nước thải sinh hoạt, 4.027 m3/ngày từ 861 cơ sở sản xuất kinh doanh và khoảng 1.000 - 2.000 m3/ngày nước thải y tế.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc, định hướng quy hoạch mạng lưới thoát nước và xây dựng công trình xử lý nước thải tập trung cho đô thị loại II trong tương lai.
  • Lộ trình 2020 - 2030 đòi hỏi sự vào cuộc quyết liệt của các cấp chính quyền tỉnh Lạng Sơn trong việc hoàn thiện nhà máy xử lý nước thải 6.000 - 8.000 m3/ngày đêm và thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục trên sông Kỳ Cùng.

Các nhà quản lý, đơn vị quy hoạch và cộng đồng doanh nghiệp cần chủ động phối hợp hành động, áp dụng ngay các khuyến nghị từ nghiên cứu để bảo vệ tài nguyên nước mặt và xây dựng thành phố Lạng Sơn xanh - sạch - phát triển bền vững.