Tổng quan nghiên cứu

Sông Đà là trục thủy văn huyết mạch của vùng Tây Bắc với dung tích hồ chứa lên tới 9,45 tỷ m³ nước và diện tích mặt nước ngập thường xuyên đạt khoảng 10.000 ha, giữ vai trò quyết định trong việc điều tiết lũ và cấp nước sinh hoạt cho toàn bộ vùng hạ lưu Đồng bằng sông Hồng. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế nhanh chóng tại thành phố Hòa Bình với diện tích tự nhiên 14.443 ha và quy mô dân số 92.754 người đang tạo ra áp lực xả thải ngày một lớn lên môi trường nước mặt. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước sông Đà, nhận diện các nguồn gây ô nhiễm và xác định nguy cơ suy giảm chất lượng nước do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích hiện trạng các chỉ tiêu lý hóa và vi sinh của nước mặt sông Đà đoạn chảy qua 15 đơn vị hành chính gồm 8 phường và 7 xã của thành phố Hòa Bình trong năm 2015. Đồng thời, đề tài tiến hành xác định nguyên nhân ô nhiễm trực tiếp và gián tiếp, dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh đến năm 2020 và đề xuất các nhóm giải pháp quản lý khả thi.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng phục vụ công tác giám sát môi trường nước của tỉnh Hòa Bình. Kết quả tính toán cho thấy nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời, tải lượng ô nhiễm từ nước thải đô thị và công nghiệp sẽ tăng từ 2 đến 3 lần vào năm 2020, đe dọa trực tiếp tới an ninh nguồn nước của hàng triệu người dân hạ du.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết tự làm sạch của nguồn nước tự nhiên kết hợp với mô hình đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO 1993) ban hành. Khung lý thuyết này phân tích khả năng tự điều chỉnh của thủy vực dựa trên lưu lượng dòng chảy và quá trình phân hủy sinh hóa của các chất hữu cơ trong môi trường nước.

Các khái niệm then chốt được sử dụng xuyên suốt bao gồm: Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và Quá trình phú dưỡng nguồn nước. Theo các nghiên cứu chuyên ngành, hiện tượng phú dưỡng xuất hiện khi hàm lượng phosphat vượt ngưỡng 0,01 mg/l và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100. Mô hình WHO (1993) cung cấp các hệ số phát thải chuẩn như lượng phát thải BOD sinh hoạt từ 45 đến 54 g/người/ngày, COD từ 1,6 đến 1,9 lần BOD, và tải lượng chất lơ lửng từ 60 đến 90 g/người/ngày, tạo cơ sở định lượng chính xác tải lượng ô nhiễm đổ vào lưu vực sông Đà.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập thông qua 02 đợt quan trắc thực địa trong năm 2015, tương ứng với đợt 1 vào tháng 4 (mùa khô) và đợt 2 vào tháng 7 (mùa mưa). Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 08 vị trí quan trắc đại diện được bố trí dọc theo đoạn sông Đà chảy qua thành phố Hòa Bình. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ quy trình chọn mẫu đơn có chủ đích tại độ sâu từ 30 đến 50 cm dưới mặt nước theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-6:2008, mẫu được bảo quản lạnh tức thời ở nhiệt độ 4°C theo đúng quy chuẩn TCVN 6663-3:2008.

Các thông số đo nhanh tại hiện trường gồm pH, nhiệt độ, độ đục, độ dẫn điện và DO được thực hiện bằng thiết bị đo đa chỉ tiêu Horiba Model U22XD-2M. Tại phòng thí nghiệm, các chỉ tiêu TSS, BOD5, DO và Coliform được phân tích theo phương pháp chuẩn quốc tế SMEWW (gồm SMEWW 2540D cho TSS, SMEWW 5220C cho COD, SMEWW 5210B cho BOD5 và SMEWW 9222B cho Coliform). Lý do lựa chọn SMEWW và phương pháp tính WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01/07/2011 của Tổng cục Môi trường là nhằm đảm bảo độ chính xác cao, khả năng kiểm soát sai số tốt và tổng hợp đa thông số thành một chỉ số duy nhất từ 1 đến 100 để phản ánh trực quan chất lượng nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, chất lượng nước mặt dòng chính sông Đà đoạn qua thành phố Hòa Bình năm 2015 nhìn chung vẫn đạt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 08:2008/BTNMT ở cột A1 và A2, đáp ứng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu nông nghiệp. Khả năng duy trì chất lượng nước này phần lớn nhờ vào lưu lượng dòng chảy khổng lồ với dung tích hồ đạt 9,45 tỷ m³ giúp pha loãng nhanh chóng các dòng thải.

Thứ hai, nghiên cứu phát hiện điểm nóng ô nhiễm nghiêm trọng tại khu vực suối Đúng – nơi tiếp nhận nước thải công nghiệp và sinh hoạt của thành phố. Trong đợt quan trắc mùa khô (tháng 4/2015), các thông số TSS, BOD5, COD và Coliform tại điểm xả suối Đúng đã vượt giới hạn quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT hơn 2 lần (tăng trên 200% so với ngưỡng an toàn).

Thứ ba, sự biến động chất lượng nước theo mùa diễn ra rất rõ rệt. Nồng độ các chất ô nhiễm trong mùa khô cao hơn từ 1,5 đến 2,2 lần so với mùa mưa do lượng mưa mùa khô chỉ đạt từ 100 đến 200 mm, thấp hơn rất nhiều so với lượng mưa 1.700 đến 1.800 mm trong mùa mưa.

Thứ tư, tính toán tải lượng phát thải cho thấy đến năm 2020, tổng lượng chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt và sản xuất của thành phố Hòa Bình sẽ tăng gấp 2 đến 3 lần so với mốc năm 2015, đặt nguồn nước trước nguy cơ quá tải khả năng tự làm sạch.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân trực tiếp dẫn đến hiện tượng ô nhiễm cục bộ tại suối Đúng là do tiếp nhận lượng nước thải lớn chưa qua xử lý triệt để từ Khu công nghiệp bờ trái sông Đà, các xưởng chế biến nông lâm sản và dòng nước rỉ rác từ bãi rác Dốc Búng chảy tràn theo nước mưa. Về mặt gián tiếp, cơ cấu kinh tế của thành phố có tốc độ tăng trưởng sản xuất bình quân 18,07%/năm trong giai đoạn 2012–2014, trong đó dịch vụ tăng 22% và công nghiệp tăng 17%, nhưng hệ thống hạ tầng thu gom nước thải đô thị chỉ xử lý được dưới 20% tổng lượng phát sinh.

Trong thực tế, khi đối chiếu với các nghiên cứu trên các lưu vực sông khác tại Việt Nam như sông Nhuệ hay sông Đáy, sông Đà có lợi thế vượt trội về khả năng tự làm sạch tự nhiên. Tuy nhiên, khả năng này là hữu hạn. Khi nồng độ tích tụ vượt ngưỡng cân bằng sinh thái, hiện tượng phú dưỡng và suy thoái vi sinh sẽ lan rộng ra lòng hồ chính.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ BOD5, COD giữa mùa khô và mùa mưa tại 08 điểm đo đối chiếu với đường giới hạn chuẩn A1 và B1 của QCVN 08:2008/BTNMT. Đồng thời, bảng phân vùng WQI với các dải màu từ xanh nước biển (91–100 điểm) đến đỏ (0–25 điểm) sẽ làm nổi bật sự tương phản rõ rệt giữa dòng chính sông Đà và điểm nóng ô nhiễm suối Đúng.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp và hoàn thiện 100% hệ thống trạm xử lý nước thải tập trung tại Khu công nghiệp bờ trái sông Đà và các cụm công nghiệp phụ cận, đảm bảo toàn bộ nước thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả vào hệ thống suối Đúng. Thời gian thực hiện từ năm 2016 đến năm 2018, chủ thể thực hiện là Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hòa Bình.

Thứ hai, cải tạo và đóng cửa từng phần bãi rác Dốc Búng, chuyển đổi công nghệ xử lý chất thải rắn sang chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp hệ thống thu gom và xử lý nước rỉ rác đạt hiệu suất loại bỏ COD trên 90%. Thời gian hoàn thành trước năm 2019, chủ thể chủ trì là Ủy ban nhân dân thành phố Hòa Bình và Công ty Môi trường Đô thị.

Thứ ba, thiết lập mạng lưới trạm quan trắc nước mặt tự động liên tục với tần suất truyền dữ liệu 24/7 tại 05 vị trí trọng yếu dọc sông Đà và các cửa suối đổ vào lòng hồ, đảm bảo phát hiện sớm 100% các sự cố xả thải bất thường. Lộ trình triển khai giai đoạn 2017–2020 do Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Hòa Bình làm đầu mối vận hành.

Thứ tư, thực thi bắt buộc quy trình đánh giá môi trường chiến lược (ĐMC) và kiểm toán phát thải trong 100% dự án quy hoạch phát triển đô thị, giảm tốc độ gia tăng tải lượng ô nhiễm từ 30% đến 50% vào năm 2020. Chủ thể chịu trách nhiệm là Sở Kế hoạch và Đầu tư phối hợp với Ủy ban nhân dân tỉnh Hòa Bình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Hòa Bình và các tỉnh thuộc lưu vực sông Đà. Luận văn cung cấp bộ dữ liệu nền tảng và bản đồ phân vùng WQI thực tế tại 08 điểm lấy mẫu, hỗ trợ đắc lực cho việc cấp phép xả thải và xây dựng kế hoạch hành động bảo vệ môi trường lưu vực.

Nhóm thứ hai là ban quản lý các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và các doanh nghiệp sản xuất dọc hai bờ sông Đà. Dữ liệu tính toán phát thải theo mô hình WHO 1993 giúp các đơn vị này xác định chính xác quy mô trạm xử lý nước thải nội bộ nhằm đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên Nước. Công trình này là tài liệu tham khảo tiêu chuẩn về việc ứng dụng phương pháp SMEWW kết hợp tính toán WQI theo Quyết định 879/QĐ-TCMT trên các thủy vực hồ chứa quy mô lớn.

Nhóm thứ tư là các tổ chức bảo tồn thiên nhiên và đơn vị vận hành nhà máy nước sinh hoạt tại vùng hạ du sông Hồng. Báo cáo đánh giá tải lượng và dự báo ô nhiễm cung cấp căn cứ khoa học để xây dựng kịch bản ứng phó rủi ro ô nhiễm nguồn nước cấp sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng nước mặt sông Đà tại thành phố Hòa Bình hiện có an toàn cho mục đích cấp nước sinh hoạt không? Dòng chính sông Đà vẫn đảm bảo chất lượng nước tốt theo QCVN 08:2008/BTNMT cột A1 và A2 với chỉ số WQI đạt mức trên 76 điểm. Nguồn nước này an toàn cho sinh hoạt sau khi trải qua các công đoạn xử lý cấp nước thông thường tại nhà máy nước.

Điểm quan trắc nào ghi nhận mức độ ô nhiễm cao nhất trong toàn bộ nghiên cứu? Khu vực hợp lưu suối Đúng là điểm ô nhiễm nghiêm trọng nhất trong 08 điểm quan trắc. Tại đây, nồng độ TSS, BOD5, COD và vi khuẩn Coliform vào mùa khô đều vượt quy chuẩn cho phép từ 2 đến 2,5 lần do chịu tải từ KCN bờ trái và bãi rác Dốc Búng.

Sự khác biệt về nồng độ chất ô nhiễm giữa mùa mưa và mùa khô diễn ra như thế nào? Vào mùa mưa, lượng mưa lớn từ 1.700 đến 1.800 mm làm tăng lưu lượng dòng chảy và tăng khả năng pha loãng, giúp nồng độ các chất ô nhiễm giảm từ 30% đến 55% so với mùa khô (lượng mưa chỉ đạt 100 đến 200 mm).

Tải lượng ô nhiễm nước mặt tại thành phố Hòa Bình được dự báo thay đổi ra sao đến năm 2020? Theo mô hình dự báo của WHO (1993), lượng chất ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt của hơn 92.000 dân cùng hoạt động công nghiệp tăng trưởng 18%/năm sẽ khiến tổng tải lượng ô nhiễm tăng từ 2 đến 3 lần vào năm 2020 so với mức năm 2015.

Chỉ số WQI tính toán theo Quyết định 879/QĐ-TCMT mang lại lợi ích gì trong quản lý môi trường? Phương pháp WQI giúp tích hợp đồng thời 8 thông số lý hóa và vi sinh phức tạp thành một thang điểm số duy nhất từ 1 đến 100, giúp nhà quản lý dễ dàng phân loại mức độ sạch của từng đoạn sông theo 5 cấp độ màu trực quan.

Kết luận

  • Dòng chính sông Đà đoạn qua thành phố Hòa Bình năm 2015 duy trì chất lượng nước mặt ở mức tốt theo chuẩn A1–A2 của QCVN 08:2008/BTNMT nhờ dung tích tự điều tiết 9,45 tỷ m³.
  • Nghiên cứu xác định chính xác điểm nóng ô nhiễm cục bộ tại suối Đúng với các chỉ tiêu BOD5, COD và Coliform vượt quy chuẩn hơn 2 lần trong mùa khô.
  • Ứng dụng thành công hệ số phát thải WHO 1993 để dự báo nguy cơ gia tăng tải lượng ô nhiễm từ 2 đến 3 lần vào năm 2020 tại 15 xã, phường thuộc địa bàn nghiên cứu.
  • Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý, trọng tâm là vận hành trạm xử lý nước thải KCN đạt 100% chuẩn xả thải và giám sát tự động 24/7 tại 05 vị trí then chốt.
  • Luận văn đóng góp cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm và phương pháp luận chuẩn xác phục vụ việc bảo vệ an ninh nguồn nước bền vững cho toàn bộ hạ du sông Hồng.

Các nhà quản lý đô thị và nhà nghiên cứu môi trường hãy ứng dụng ngay mô hình đánh giá WQI và dự báo tải lượng của luận văn này vào quy hoạch thực tế để chủ động bảo vệ nguồn tài nguyên nước mặt quý giá của lưu vực sông Đà.