Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tài nguyên nước mặt đóng vai trò thiết yếu đối với đời sống sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, trước tác động của biến đổi khí hậu, tốc độ gia tăng dân số, đô thị hóa và sự phát triển công nghiệp nhanh chóng, các nguồn nước mặt đang phải chịu sức ép lớn dẫn đến nguy cơ cạn kiệt và suy thoái chất lượng. Tại tỉnh Quảng Ninh, thành phố Hạ Long là một trung tâm kinh tế trọng điểm với sự phát triển đa ngành, song cũng đối mặt với nhiều thách thức về bảo vệ môi trường do tiếp nhận nguồn thải từ các hoạt động khai thác than, du lịch, thương mại và sinh hoạt đô thị.

Hồ Yên Lập (thuộc địa bàn phường Đại Yên, thành phố Hạ Long) là hồ chứa nước ngọt nhân tạo lớn nhất tỉnh Quảng Ninh. Đây là nguồn nước mặt chiến lược phục vụ cấp nước sinh hoạt cho cư dân đô thị và cung cấp nước tưới tiêu cho hơn 11.000 ha đất sản xuất nông nghiệp thuộc bốn địa phương: thành phố Hạ Long, huyện Hoành Bồ, thành phố Uông Bí và thị xã Quảng Yên. Để bảo vệ nguồn nước và xây dựng phương án quản lý tài nguyên hiệu quả, việc thực hiện đề tài "Đánh giá chất lượng nước hồ Yên Lập trên địa bàn thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh năm 2018" là nhiệm vụ có tính cấp thiết thực tiễn.

Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Đánh giá chất lượng nước hồ Yên Lập, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh phục vụ mục đích cấp nước sinh hoạt và thủy lợi thông qua các đợt quan trắc định kỳ trong năm 2018.
  2. Đề xuất và lựa chọn các giải pháp quản lý, kỹ thuật công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm và nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường nước hồ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Môi trường nước mặt hồ Yên Lập, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.
  • Phạm vi không gian: Khu vực mặt nước hồ Yên Lập (điểm lấy mẫu NM15) tại phường Đại Yên, thành phố Hạ Long.
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu quan trắc được thu thập và phân tích qua 4 quý trong năm 2018; thời gian thực hiện nghiên cứu, xử lý số liệu và hoàn thành khóa luận từ tháng 12/2018 đến tháng 04/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khóa luận được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý luận về khoa học môi trường, các khái niệm định danh về môi trường nước, ô nhiễm môi trường, quan trắc môi trường và sức khỏe cộng đồng theo quy định của pháp luật Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và khung pháp lý

  • Khung văn bản pháp luật áp dụng: Luật Bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13; Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13; Nghị định số 201/2013/NĐ-CP và Nghị định số 19/2015/NĐ-CP; Quyết định số 16/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia; Thông tư số 29/2011/BTNMT, Thông tư số 21/2012/TT-BTNMT và Thông tư số 43/2015/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật đối chiếu: QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt - Cột A2 áp dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải qua xử lý thông thường hoặc các mục đích bảo tồn động thực vật thủy sinh); QCVN 14:2008/BTNMT; QCVN 01:2009/BYT; QCVN 02:2009/BYT.

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, thống kê và đánh giá chuyên ngành:

  • Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Hạ Long, đặc điểm công trình hồ Yên Lập và các báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh.
  • Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu: Thực hiện thu thập mẫu nước mặt tại điểm quan trắc NM15 trên hồ Yên Lập và bảo quản mẫu theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-6:2008.
  • Phương pháp đo đạc tại hiện trường: Đo trực tiếp 3 thông số bằng thiết bị chuyên dụng: Nhiệt độ (SMEWW 2550B:2005, dải đo 0–50°C), pH (TCVN 6492:2011, dải đo 0–14) và oxy hòa tan DO (TCVN 7325:2005, dải đo 0–20 mg/L).
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Tiến hành tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh cho 16 thông số lý hóa và vi sinh vật học theo các quy chuẩn:
    • Chất rắn lơ lửng (TSS): SMEWW 2540D:2005.
    • Nhu cầu oxy hóa học (COD): SMEWW 5220C:2005 / SMEWW 5220B:2005.
    • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): TCVN 6001-1:2008.
    • Hợp chất chứa nitơ và phospho: Amoni ($NH_4^+$ theo TCVN 6179-1:1996), Nitrit ($NO_2^-$ theo TCVN 6178:1996), Nitrat ($NO_3^-$ theo TCVN 6180:1996), Phosphat ($PO_4^{3-}$ theo TCVN 6202:2008).
    • Các anion khác: Clorua ($Cl^-$ theo TCVN 6194:1996), Sulfat ($SO_4^{2-}$ theo SMEWW 4500-$SO_4^{2-}$E).
    • Kim loại nặng: Asen (As), Chì (Pb), Cadimi (Cd) theo SMEWW 3125:2005; Sắt tổng số (Fe) theo SMEWW 3111B:2005; Thủy ngân (Hg) theo TCVN 7877:2008.
    • Chất hữu cơ và vi sinh: Tổng dầu mỡ (TCVN 5070-1995), Coliform (TCVN 6187-2:1996).
  • Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2010 để thống kê, lập bảng dữ liệu, tính toán giá trị trung bình và vẽ biểu đồ diễn biến các thông số môi trường qua 4 quý trong năm 2018.

Nội dung chính theo từng phần và chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ vai trò của nguồn nước mặt đối với sự phát triển kinh tế - xã hội, áp lực từ phát triển công nghiệp than, du lịch và đô thị hóa tại thành phố Hạ Long. Phần này xác định rõ mục tiêu tổng quát, nhiệm vụ cụ thể, ý nghĩa khoa học trong việc rèn luyện kỹ năng phân tích thực nghiệm và ý nghĩa thực tiễn cung cấp cơ sở dữ liệu quan trắc phục vụ quản lý môi trường tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về môi trường nước, ô nhiễm nước, phân loại nguồn ô nhiễm (chất hữu cơ, chất vô cơ, phú dưỡng, kim loại nặng, vi sinh vật, hóa chất bảo vệ thực vật) và khung văn bản pháp lý Việt Nam. Tác giả tổng hợp thực trạng ô nhiễm nguồn nước trên thế giới, tại Việt Nam (các lưu vực sông Hồng, sông Cầu, sông Nhuệ - Đáy, sông Sài Gòn - Đồng Nai) và thực trạng các thành phần môi trường nước (nước mặt, nước ngầm, nước biển) tại tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2006–2018. Đồng thời, chương này tổng quan các công nghệ xử lý nước hiện hành bao gồm phương pháp cơ học (hồ lắng, song chắn rác, bể lắng cát, bể lọc), hóa lý (làm thoáng, keo tụ - tạo bông PAC/PAM, oxy hóa, khử trùng) và sinh học (quá trình hiếu khí aerotank, đĩa sinh học quay RBC, bể oxyten, mương oxy hóa; quá trình kỵ khí UASB, bể lọc kỵ khí, bể phản ứng đệm dãn nở AFBR, hồ sinh học).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương trình bày chi tiết về vị trí, thời gian thực hiện đề tài tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh. Tác giả mô tả chi tiết danh mục 19 chỉ tiêu quan trắc, mã hiệu các phương pháp đo đạc tại hiện trường và phương pháp phân tích phòng thí nghiệm đạt chuẩn TCVN/SMEWW, cùng quy trình quản lý và xử lý dữ liệu định lượng bằng công cụ bảng tính.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

Nội dung chương gồm các phần chính:

  • Đặc điểm địa bàn nghiên cứu: Phân tích đặc điểm tự nhiên tỉnh Quảng Ninh (nhiệt độ trung bình 22,6–23,6°C, lượng mưa 1.800–2.000 mm/năm, mạng lưới sông ngòi mật độ 1,0–1,9 km/km² dốc và ngắn) và các chỉ tiêu kinh tế - xã hội chủ yếu năm 2017 (tổng sản phẩm trên địa bàn GRDP đạt 122.576 tỷ đồng, tăng trưởng 10,8%, GRDP bình quân đầu người 4.528 USD/năm, tỷ lệ trường chuẩn quốc gia 78,32%).
  • Khái quát công trình hồ Yên Lập: Công trình thủy lợi xây dựng từ thập niên 1970, diện tích lưu vực 185 km², dung tích toàn bộ 127 triệu m³, dung tích hữu ích 118 triệu m³. Đập chính bằng đất cao 37 m, đập phụ Nghĩa Lộ cao 16 m và đập Dân Chủ cao 9 m.
  • Đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, hóa học và sinh học: Trình bày kết quả quan trắc 4 quý năm 2018. Phân tích chi tiết diễn biến nồng độ của COD, BOD5, các hợp chất nitơ ($NO_3^-$, $NO_2^-$, $NH_4^+$), phosphat, clorua, sunfat, kim loại nặng (As, Pb, Fe, Hg, Cd), tổng dầu mỡ và Coliform so sánh với QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột A2.
  • Đề xuất giải pháp: Trình bày giải pháp công nghệ sinh học áp dụng xử lý cục bộ nguồn thải (đĩa tiếp xúc sinh học quay RBC, thiết bị oxyten, mương oxy hóa) và các biện pháp quản lý, tuyên truyền, cơ chế thu phí bảo vệ môi trường.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các phát hiện chính từ kết quả phân tích 19 thông số chất lượng nước trong 4 quý năm 2018 tại hồ Yên Lập và đưa ra các kiến nghị kỹ thuật, quản lý nhằm ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả quan trắc chất lượng nước hồ Yên Lập năm 2018

Kết quả phân tích 19 thông số lý hóa, hóa học và vi sinh tại điểm quan trắc NM15 của hồ Yên Lập trong 4 quý năm 2018 được tổng hợp đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2):

STT Chỉ tiêu quan trắc Đơn vị Quý I Quý II Quý III Quý IV QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2)
1 Nhiệt độ °C 19,9 24,8 27,1 27,6 -
2 pH - 6,55 6,71 6,31 6,28 6,0 – 8,5
3 DO (Oxy hòa tan) mg/L 7,60 7,46 7,07 7,51 $\ge 5$
4 TSS (Chất rắn lơ lửng) mg/L 17,0 14,3 25,5 6,6 30
5 COD mg/L 7,5 9,1 13,9 6,1 15
6 $\text{BOD}_5$ mg/L 4,80 4,20 5,50 1,73 6
7 $\text{SO}_4^{2-}$ mg/L 3,02 3,13 37,52 7,07 -
8 $\text{NO}_3^-$ mg/L 0,071 0,138 0,259 1,315 5
9 $\text{NO}_2^-$ mg/L <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 0,05
10 $\text{NH}_4^+$ mg/L <0,01 0,318 0,239 0,076 0,3
11 $\text{PO}_4^{3-}$ mg/L <0,01 <0,01 0,184 0,010 0,2
12 $\text{Cl}^-$ mg/L 4,25 4,68 2,84 0,57 350
13 As (Asen) mg/L 0,0007 0,0009 0,0055 0,0003 0,02
14 Hg (Thủy ngân) mg/L <0,0003 <0,0003 <0,0003 <0,0003 0,001
15 Pb (Chì) mg/L 0,0024 0,0031 0,0109 0,0030 0,02
16 Cd (Cadimi) mg/L <0,0006 <0,0006 <0,0006 <0,0006 0,005
17 Fe (Sắt tổng số) mg/L <0,02 <0,02 0,4718 0,3044 1,0
18 Tổng dầu mỡ mg/L <0,3 <0,3 0,412 <0,3 0,5
19 Coliform MPN/100mL Đạt GHCP Đạt GHCP Đạt GHCP Đạt GHCP 5.000

Nhận xét kết quả thực nghiệm:

  • Các chỉ tiêu hóa lý (Nhiệt độ, pH, DO, TSS) đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2). Giá trị pH dao động từ 6,28 đến 6,71 thể hiện tính trung tính ổn định. Nồng độ DO duy trì ở mức cao ($> 7,0$ mg/L), đảm bảo điều kiện thoáng khí cho nguồn nước.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$: 1,73–5,50 mg/L) và oxy hóa học (COD: 6,1–13,9 mg/L) đều đạt quy chuẩn Cột A2 trong cả 4 quý, cho thấy nước hồ chưa bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng.
  • Về hàm lượng dinh dưỡng và kim loại: Hầu hết các thông số đều đạt chuẩn, ngoại trừ chỉ tiêu Amoni ($\text{NH}_4^+$) trong Quý II/2018 đạt mức 0,318 mg/L, vượt 1,06 lần so với giới hạn cho phép (0,3 mg/L). Nồng độ $\text{NO}_3^-$ có xu hướng tăng vào Quý IV (1,315 mg/L), còn hàm lượng Fe và Coliform tăng cao hơn vào mùa mưa (Quý III và Quý IV) do hiện tượng nước mưa chảy tràn qua khu vực khai thác than, bãi thải và khu vực chăn nuôi gia súc, gia cầm của dân cư ven hồ.

2. Đề xuất giải pháp của tác giả

  • Nhóm giải pháp công nghệ sinh học:
    • Hệ thống đĩa tiếp xúc sinh học quay (RBC): Sử dụng màng vi sinh bám dính trên các đĩa nhựa xoay ngập một phần trong nước để oxy hóa chất hữu cơ, thích hợp cho các trạm xử lý cục bộ.
    • Công nghệ Oxyten: Sử dụng oxy kỹ thuật trong thiết bị kín để tăng hiệu suất oxy hóa lên 5–6 lần, tạo bùn hoạt tính dạng bông chặt dễ lắng lọc, không phát sinh mùi hôi.
    • Mương oxy hóa: Biến thể bùn hoạt tính sục khí kéo dài với guồng quay tạo dòng tuần hoàn ($v > 0,3$ m/s), chi phí xây dựng và bảo trì thấp, phù hợp với các điểm dân cư phân tán quanh lưu vực hồ.
  • Nhóm giải pháp quản lý và xã hội:
    • Tăng cường công tác tuyên truyền, phổ biến tác hại của ô nhiễm nguồn nước nhằm nâng cao nhận thức cộng đồng.
    • Thực hiện cơ chế thu phí xả nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở mức hợp lý để điều chỉnh hành vi xả thải của doanh nghiệp và hộ dân.
    • Xây dựng hệ thống thu gom và các điểm tập kết rác thải hợp lý, ngăn chặn hành vi đổ rác trực tiếp xuống kênh mương dẫn vào hồ.
    • Hướng dẫn nông dân kỹ thuật bón phân hợp lý, khuyến khích thay thế phân bón hóa học bằng phân bón vi sinh để giảm lượng rửa trôi nitơ, phospho vào lòng hồ.

3. Đóng góp của đề tài

Đề tài cung cấp bộ dữ liệu quan trắc thực tế đầy đủ 19 thông số môi trường của hồ Yên Lập năm 2018, xác định hiện trạng chất lượng nước vẫn đáp ứng mục tiêu cấp nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, đồng thời chỉ ra nguy cơ ô nhiễm amoni cục bộ và ảnh hưởng của dòng chảy tràn từ hoạt động khai khoáng, sinh hoạt vào mùa mưa làm căn cứ phục vụ công tác quản lý môi trường tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Dữ liệu thực nghiệm của khóa luận được phân tích dựa trên một vị trí lấy mẫu đại diện (điểm NM15) với tần suất quan trắc 4 đợt trong năm 2018. Khóa luận chưa thực hiện quan trắc đồng thời trên mạng lưới nhiều điểm tại các nhánh sông suối đổ vào hồ và các tầng nước khác nhau (tầng mặt, tầng giữa, tầng đáy) để đánh giá sự phân tầng nhiệt độ và biến thiên chất lượng nước theo không gian lòng hồ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Mở rộng mạng lưới điểm quan trắc trên toàn bộ lưu vực và các nhánh suối cấp nước chính cho hồ Yên Lập; tăng tần suất đo đạc vào các thời điểm cực đoan (mưa bão lớn, mùa khô kiệt); bổ sung nghiên cứu đánh giá trầm tích đáy hồ và mô phỏng tải lượng ô nhiễm từ các mỏ than và khu dân cư lân cận.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Thủy lợi và Quản lý Tài nguyên nước.
  • Nội dung tham khảo hữu ích:
    • Quy trình thực hiện đánh giá chất lượng nước mặt lục địa từ bước lập danh mục chỉ tiêu, lựa chọn phương pháp đo hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN và SMEWW.
    • Bộ số liệu thực tế về chất lượng nước hồ Yên Lập năm 2018 phục vụ nghiên cứu so sánh diễn biến chất lượng nước mặt tỉnh Quảng Ninh qua các thời kỳ.
    • Cách tiếp cận xây dựng giải pháp công nghệ sinh học kết hợp quản lý chính sách đối với nguồn nước mặt phục vụ cấp nước sinh hoạt đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Chất lượng nước hồ Yên Lập trong năm 2018 có đáp ứng tiêu chuẩn dùng cho cấp nước sinh hoạt không?
Có. Đa số 19 chỉ tiêu hóa lý, hóa học và vi sinh quan trắc qua 4 quý năm 2018 đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2 - nước dùng cho mục đích sinh hoạt nhưng phải qua xử lý thông thường).

2. Thông số nào trong các đợt quan trắc bị vượt quy chuẩn kỹ thuật cho phép?
Chỉ có thông số Amoni ($\text{NH}_4^+$) trong đợt quan trắc Quý II/2018 đạt mức 0,318 mg/L, vượt giới hạn quy định Cột A2 (0,30 mg/L) khoảng 1,06 lần.

3. Tác giả chỉ ra nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng nồng độ $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, Fe và Coliform trong nước hồ là gì?
Nguyên nhân chủ yếu do nước mưa chảy tràn cuốn theo đất đá và chất thải từ các bãi đổ thải, khu vực sàng tuyển than ngoài trời không có mái che của các mỏ khai thác xung quanh hồ, kết hợp với hệ thống thu gom nước thải sinh hoạt và chăn nuôi gia súc, gia cầm của các hộ dân ven hồ chưa được đầu tư hoàn chỉnh.

4. Hồ Yên Lập có quy mô trữ lượng và phạm vi cấp nước như thế nào?
Hồ có diện tích lưu vực 185 km², dung tích trữ lượng 127 triệu m³ (dung tích hữu ích 118 triệu m³), cung cấp nước sinh hoạt và phục vụ tưới tiêu cho hơn 11.000 ha đất sản xuất nông nghiệp của 4 địa phương: Hạ Long, Hoành Bồ, Uông Bí và Quảng Yên.

5. Khóa luận đề xuất những công nghệ sinh học cụ thể nào để bảo vệ nguồn nước hồ?
Tác giả đề xuất 3 giải pháp công nghệ xử lý sinh học bao gồm: hệ thống đĩa tiếp xúc sinh học quay (RBC), hệ thống làm thoáng bằng oxy kỹ thuật trong thiết bị kín (Oxyten) và hệ thống mương oxy hóa kết hợp sục khí tuần hoàn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hoàng Thị Thủy đã phản ánh chi tiết hiện trạng chất lượng nước mặt hồ Yên Lập, thành phố Hạ Long thông qua việc phân tích định lượng 19 chỉ tiêu lý hóa và vi sinh trong năm 2018. Kết quả nghiên cứu xác nhận nguồn nước hồ nhìn chung đạt tiêu chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2) phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, dù đã xuất hiện dấu hiệu ô nhiễm amoni và sắt cục bộ vào mùa mưa. Các giải pháp công nghệ sinh học và quản lý thu phí, tuyên truyền được đề xuất có giá trị thực tiễn cao đối với công tác bảo vệ môi trường nước lưu vực hồ chứa tại tỉnh Quảng Ninh.