Tổng quan nghiên cứu
Tài nguyên nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong sự phát triển kinh tế xã hội, tuy nhiên tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng đang tạo ra những áp lực môi trường chưa từng có. Tại tỉnh Bắc Ninh, với diện tích tự nhiên 803,9 km² và mạng lưới sông ngòi có mật độ dày đặc từ 1,8 đến 2,0 km/km², nguồn nước mặt vừa cung cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu nông nghiệp, vừa phải tiếp nhận hàng triệu mét khối nước thải chưa qua xử lý mỗi năm. Với sự hiện diện của 62 làng nghề truyền thống và các cụm công nghiệp tập trung, lưu lượng nước mặt sản sinh từ lượng mưa hàng năm khoảng 0,8039 km³ (tương ứng lượng mưa trung bình 1.639,4 mm/năm) không còn đủ khả năng pha loãng và tự làm sạch các chất ô nhiễm trong mùa khô.
Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường của tác giả Bùi Thị Ban Mai tập trung giải quyết vấn đề suy thoái chất lượng nước nghiêm trọng trên hai trục tiêu thoát nước chính là sông Ngũ Huyện Khê (chiều dài 48,4 km, trong đó 24 km chảy qua Bắc Ninh) và sông Cầu (đoạn qua tỉnh dài 69 km). Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá hiện trạng chất lượng nước mặt qua các mùa, xác định tải lượng phát thải từ các nguồn ô nhiễm công nghiệp - làng nghề, dự báo diễn biến chất lượng nước đến năm 2020 và đề xuất khung giải pháp quản lý tài nguyên nước mặt bền vững.
Nghiên cứu được triển khai trên địa bàn các huyện Yên Phong, Từ Sơn, Tiên Du và Quế Võ trong giai đoạn thu thập dữ liệu thủy văn 2001 - 2005 và thực địa năm 2007. Ý nghĩa thực tiễn của công trình được lượng hóa thông qua việc bảo vệ nguồn nước tưới 37 triệu m³/năm cho hệ thống thủy nông Bắc Đuống và đảm bảo an ninh nguồn nước cho hơn 998,5 nghìn dân cư trong vùng theo tinh thần Nghị quyết số 41-NQ/TW của Bộ Chính trị.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp giữa lý thuyết phát triển bền vững theo Chương trình Nghị sự 21 (Agenda 21 Việt Nam) và lý thuyết tự làm sạch của các hệ sinh thái nước mặt tự nhiên. Khung phân tích mở rộng ứng dụng phương pháp Đánh giá nhanh chất thải (Rapid Assessment) của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO - Economopoulos, 1993) kết hợp mô hình cân bằng vật chất để tính toán phát thải ô nhiễm theo hệ số tải lượng trên từng đơn vị sản phẩm.
Hệ thống khái niệm nòng cốt được vận hành xuyên suốt bao gồm:
- Nhu cầu oxy hóa học (COD) và Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày (BOD5): Phản ánh mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ và khó phân hủy sinh học.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS/SS): Đo lường lượng hạt lơ lửng làm giảm độ truyền sáng và gây bồi lắng lòng sông.
- Khả năng tự làm sạch của dòng chảy: Cơ chế chuyển hóa chất ô nhiễm thông qua quá trình hòa tan oxy khí quyển, lắng đọng trầm tích và hoạt động của vi sinh vật bản địa.
- Ô nhiễm nhiệt và hóa chất xi mạ: Hiện tượng gia tăng nhiệt độ nguồn tiếp nhận vượt ngưỡng 50°C kết hợp phát tán ion kim loại nặng và phức chất độc hại.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu của luận văn tích hợp từ chuỗi số liệu khí tượng - thủy văn giai đoạn 2001 - 2005 của Niên giám thống kê tỉnh Bắc Ninh và dữ liệu đo đạc thực nghiệm năm 2007. Mạng lưới quan trắc được thiết kế với cỡ mẫu gồm 14 trạm quan trắc đại diện: 9 trạm trên sông Ngũ Huyện Khê (từ trạm K1 Cống Long Tửu đến trạm K9 Đặng Xá) và 5 trạm trên sông Cầu (từ trạm S13 Tam Giang đến trạm S18 Phù Lãng).
Phương pháp chọn mẫu tuân thủ phương pháp chọn mẫu phân tầng theo điểm nguồn và thủy chế dòng chảy, tiến hành thành 2 đợt quan trắc: đợt 1 vào mùa khô (tháng 4/2007) và đợt 2 vào mùa mưa (tháng 7/2007) theo tiêu chuẩn TCVN 5996-1995 và TCVN 5993-1995.
Lý do lựa chọn phương pháp phân tích:
- Đo đạc trực tiếp tại hiện trường (pH, EC, DO, độ đục) bằng máy đo điện cực chuyên dụng nhằm phản ánh chính xác các thông số biến đổi nhanh theo thời gian thực và nhiệt độ.
- Phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn: Chuẩn độ bicromat (K2Cr2O7) cho COD; phương pháp pha loãng ủ 5 ngày ở 20°C cho BOD5; cất Kjeldahl cho Amoni (NH4+); trắc phổ hấp thụ cho NO2-, NO3-, Fe; cực phổ cho kim loại nặng (Pb, Cd, As, Zn); nuôi cấy màng lọc trên môi trường lactoza cho Coliform và E.Coli. Các phương pháp này được lựa chọn vì tính chuẩn hóa cao, triệt tiêu sai số nền hữu cơ phức tạp và đối chiếu trực tiếp với giới hạn TCVN 5942-1995 (Cột B) và TCVN 5945-2005 (Cột B).
Quy trình nghiên cứu diễn ra liên tục trong 6 tháng từ tháng 2 đến tháng 7/2007, kết hợp ngoại suy tải lượng phát tán ô nhiễm đến năm 2020.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Kết quả thực nghiệm cho thấy chất lượng nước mặt bị suy thoái nghiêm trọng do áp lực từ các làng nghề sản xuất dọc lưu vực:
Thứ nhất, mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng tại các làng nghề tái chế giấy Phong Khê và Phú Lâm ở mức báo động đỏ. Tổng lượng nước thải từ hai làng nghề này phát sinh từ 7.475 đến 7.580 m³/ngày-đêm. Mẫu nước thải sản xuất giấy Kraft (M2) có COD lên tới 3.693,15 mg/l (vượt 46,1 lần TCVN 5945-2005 Cột B), BOD5 đạt 693,2 mg/l (vượt 13,8 lần), và TSS đạt 1.765,1 mg/l (vượt 17,6 lần). Nước thải xeo giấy và dòng đen chứa lignin không qua lắng lọc đã triệt tiêu hoàn toàn oxy hòa tan trong hệ thống kênh mương nội đồng (DO = 0 mg/l).
Thứ hai, ô nhiễm kim loại, axit và nhiệt độ cao tại làng nghề tái chế sắt thép Đa Hội (Châu Khê). Với 850 hộ sản xuất đạt tổng sản lượng 845 tấn/tháng, lưu lượng nước thải phát sinh xấp xỉ 7.585 m³/ngày. Nước thải tẩy rửa bề mặt kim loại chứa hàm lượng lớn H2SO4, Fe, Zn, Ni, Cr6+ và gốc CN- cực độc, cùng nhiệt độ nước thải tại xưởng cán vượt ngưỡng 50°C xả trực tiếp ra môi trường. Lượng chất thải rắn phát sinh 35 - 40 tấn/ngày bị đổ tràn lan trực tiếp xuống lòng sông Ngũ Huyện Khê.
Thứ ba, sự suy thoái chất lượng nước sông Ngũ Huyện Khê diễn biến theo chiều hướng xấu rõ rệt từ thượng lưu về hạ lưu và phân hóa sâu sắc giữa hai mùa. Vào mùa khô (tháng 4/2007), COD từ mức 2,72 mg/l tại trạm K1 (Long Tửu) đã tăng vọt lên 310,5 mg/l tại trạm K7 (Phú Lâm - vượt 8,8 lần TCVN 5942-1995 Cột B) và đạt cực đại 520,6 mg/l tại trạm K9 (Đặng Xá). Hàm lượng DO giảm nghiêm trọng xuống dưới 2 - 3 mg/l ở các đoạn tiếp nhận nước thải làng nghề. Ngược lại, vào mùa mưa (tháng 7/2007), do lưu lượng dòng chảy tăng, COD giảm xuống dưới 35 mg/l nhưng SS tăng vọt lên 171,2 mg/l tại Trịnh Xá do dòng chảy tràn xói mòn bề mặt.
Thứ tư, tác động truyền dẫn ô nhiễm sang sông Cầu. Tại điểm hợp lưu giữa sông Ngũ Huyện Khê và sông Cầu (xã Vạn An và Hòa Long), ranh giới nước đổi màu đen ngòm thể hiện rõ nét. Chỉ số Coliform tại các trạm hạ lưu vượt ngưỡng 100.000 MPN/100ml, đe dọa trực tiếp nguồn cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu của thị xã Bắc Ninh và huyện Quế Võ.
Thảo luận kết quả
Diễn biến ô nhiễm trên sông Ngũ Huyện Khê phản ánh rõ nét sự vượt tải khả năng đồng hóa tự nhiên của dòng sông trong mùa kiệt. Độ sâu dòng chảy mùa khô chỉ đạt 0,5 - 1m kết hợp lòng sông bị bồi lắng bởi rác thải đã làm triệt tiêu lưu tốc dòng chảy.
Dữ liệu chất lượng nước dọc tuyến sông có thể được mô hình hóa trực quan thông qua biểu đồ đường biểu diễn sự sụt giảm hàm lượng DO tương ứng với sự gia tăng đột biến của COD và BOD5 từ trạm K1 đến K9. Đồng thời, biểu đồ cột ghép thể hiện sự chênh lệch rõ nét về nồng độ các chất ô nhiễm giữa mùa khô và mùa mưa, minh chứng vai trò pha loãng tự nhiên của lượng mưa trung bình tháng 6 - 8 (từ 229,6 đến 428,8 mm).
Nguyên nhân cốt lõi bắt nguồn từ công nghệ sản xuất chắp vá, lạc hậu, không gian làng nghề xen kẹt trong khu dân cư (như tại Đồng Kỵ với 2.300 hộ, Văn Môn với hơn 240 hộ đúc nhôm chì, Tam Đa với 700 - 900 hộ sản xuất rượu sử dụng 20 - 30 tấn sắn khô/ngày tạo ra 300 - 400 m³ nước thải) và sự thiếu hụt hoàn toàn hệ thống thu gom, xử lý nước thải tập trung.
Đề xuất và khuyến nghị
Dựa trên các kết quả khảo sát và tính toán dự báo phát thải, nghiên cứu đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ:
-
Nhóm 1: Đầu tư xây dựng hạ tầng kỹ thuật xử lý nước thải tập trung. Xây dựng 02 trạm xử lý nước thải tập trung tại cụm công nghiệp Phong Khê (công suất 10.000 m³/ngày-đêm) và cụm công nghiệp Châu Khê (công suất 8.000 m³/ngày-đêm), ứng dụng công nghệ keo tụ - tạo bông kết hợp bùn hoạt tính hiếu khí và hồ sinh học. Mục tiêu giảm thiểu 85 - 90% nồng độ COD, BOD5 và TSS xả vào sông Ngũ Huyện Khê trước năm 2012. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh phối hợp Sở Xây dựng và UBND các huyện Từ Sơn, Yên Phong.
-
Nhóm 2: Triển khai công nghệ xử lý tại nguồn và sản xuất sạch hơn. Bắt buộc 100% trong số 850 hộ sản xuất thép Đa Hội lắp đặt bể trung hòa axit kết hợp bể lắng thu hồi vảy thép; 371 cơ sở giấy Phong Khê áp dụng bể tuyển nổi thu hồi bột giấy tuần hoàn 60% lượng nước thải. Thời gian hoàn thành trong giai đoạn 2008 - 2010. Chủ thể thực hiện: Sở Khoa học và Công nghệ chủ trì, chuyển giao kỹ thuật cho các hộ sản xuất.
-
Nhóm 3: Quy hoạch không gian sản xuất và di dời cơ sở ô nhiễm nặng. Thực hiện di dời toàn bộ hơn 240 hộ tái chế nhôm, chì tại Văn Môn và các cơ sở mạ kẽm trong khu dân cư Châu Khê vào các cụm công nghiệp tập trung có khoảng cách ly vệ sinh tối thiểu 500m. Mục tiêu giảm 95% phát tán bụi kim loại nặng và khí độc SO2, NO2 trước năm 2015. Chủ thể thực hiện: UBND huyện Yên Phong và UBND thị xã Từ Sơn.
-
Nhóm 4: Nâng cao năng lực quan trắc và hoàn thiện chế tài pháp lý. Thiết lập 05 trạm quan trắc tự động liên tục trên sông Ngũ Huyện Khê và sông Cầu; tăng cường tần suất kiểm tra định kỳ 04 lần/năm; áp dụng mức phạt nghiêm khắc đối với hành vi xả thải vượt tiêu chuẩn môi trường; thu phí nước thải công nghiệp theo nguyên tắc người gây ô nhiễm phải trả tiền. Thời gian thực hiện liên tục từ năm 2008 đến 2020. Chủ thể thực hiện: Chi cục Bảo vệ Môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nội dung và số liệu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:
- Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên Môi trường cấp huyện sử dụng dữ liệu tải lượng phát thải (7.580 m³/ngày nước thải giấy, 35 - 40 tấn/ngày chất thải rắn) để xây dựng quy hoạch phân vùng xả thải và cấp phép môi trường.
- Đơn vị tư vấn, thiết kế công trình cấp thoát nước: Các kỹ sư môi trường khai thác số liệu thủy văn, đặc tính hóa lý nước thải (COD 3.693 mg/l, BOD5 693 mg/l) để tính toán công nghệ trạm xử lý nước thải làng nghề và công trình nạo vét, khơi thông dòng chảy 48,4 km sông Ngũ Huyện Khê.
- Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học: Nhóm nghiên cứu thuộc khối ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước ứng dụng phương pháp luận kết hợp giữa điều tra thực địa 14 trạm quan trắc với mô hình đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm WHO phục vụ các đề tài lưu vực sông.
- Ban quản lý cụm công nghiệp và đại diện các hiệp hội làng nghề: Hiệp hội giấy Phong Khê, làng nghề thép Đa Hội tham khảo các mô hình công nghệ xử lý cục bộ tại hộ gia đình (bể lắng, trung hòa pH, tuần hoàn nước) để tối ưu chi phí tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
Câu hỏi thường gặp
-
Sông Ngũ Huyện Khê tiếp nhận những nguồn thải ô nhiễm chính nào? Sông tiếp nhận nước thải sinh hoạt của các huyện Yên Phong, Tiên Du, Từ Sơn, cùng lượng lớn nước thải công nghiệp từ các làng nghề tái chế giấy Phong Khê - Phú Lâm (hơn 7.475 m³/ngày) và làng nghề tái chế thép Đa Hội (hơn 7.585 m³/ngày), phần lớn xả trực tiếp mà không qua hệ thống xử lý đạt chuẩn.
-
Tại sao chất lượng nước sông suy thoái nghiêm trọng nhất vào mùa khô? Vào mùa khô (tháng 11 đến tháng 4), mực nước sông chỉ sâu từ 0,5 - 1m, dòng chảy cạn kiệt khiến khả năng pha loãng bị triệt tiêu. Điển hình tại trạm K7 (Phú Lâm), hàm lượng COD trong tháng 4/2007 lên tới 310,5 mg/l, vượt 8,8 lần quy chuẩn do lượng nước thải chiếm tỷ trọng áp đảo dòng chảy tự nhiên.
-
Nước thải sản xuất giấy Phong Khê có những thông số ô nhiễm đặc trưng nào? Nước thải chứa hàm lượng cực cao các hợp chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng từ bột giấy và hóa chất ngâm tẩy. Số liệu phân tích cho thấy COD đạt 3.693,15 mg/l (vượt 46 lần tiêu chuẩn), BOD5 đạt 693,2 mg/l (vượt gần 14 lần), và TSS đạt 1.854,9 mg/l (vượt 18 lần chuẩn TCVN 5945-2005 Cột B).
-
Phương pháp nào được sử dụng để ước tính và dự báo tải lượng ô nhiễm? Nghiên cứu áp dụng phương pháp Đánh giá nhanh của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) kết hợp định mức tiêu hao nước trên một tấn sản phẩm (20 m³/tấn giấy, 9 m³/tấn thép) và tổng sản lượng thực tế của từng làng nghề để ngoại suy tải lượng xả thải các thông số BOD5, COD, SS đến năm 2020.
-
Đâu là giải pháp xử lý nước thải phân tán khả thi nhất cho các hộ làng nghề? Giải pháp tối ưu là kết hợp xử lý cơ học và hóa lý tại từng xưởng (bể lắng lọc thu hồi bột giấy, bể trung hòa axit bằng vôi bột) trước khi đấu nối vào mạng lưới thu gom chung dẫn về hồ sinh học hoặc trạm xử lý nước thải tập trung sử dụng công nghệ bùn hoạt tính.
Kết luận
- Luận văn đã thiết lập bộ dữ liệu toàn diện về hiện trạng ô nhiễm nước mặt trên 48,4 km sông Ngũ Huyện Khê và 69 km sông Cầu qua 14 trạm quan trắc mùa khô và mùa mưa năm 2007.
- Đã lượng hóa chính xác lượng phát thải từ các làng nghề trọng điểm, chỉ rõ nguyên nhân ô nhiễm hữu cơ vượt quy chuẩn từ 8 đến 46 lần và kim loại nặng do công nghệ thủ công, thiếu trạm xử lý tập trung.
- Khẳng định tính cấp thiết của việc bảo vệ nguồn nước mặt phục vụ tưới tiêu cho 37 triệu m³/năm nông nghiệp và dân sinh hơn 998,5 nghìn người dân tỉnh Bắc Ninh.
- Đề xuất lộ trình 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, quy hoạch, pháp lý và quan trắc với mục tiêu giảm 80 - 90% tải lượng ô nhiễm xả vào nguồn tiếp nhận trong giai đoạn 2008 - 2020.
- Kêu gọi các cấp chính quyền, doanh nghiệp và cộng đồng làng nghề khẩn trương triển khai đầu tư hạ tầng xử lý nước thải tập trung nhằm phục hồi các dòng sông đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, hướng tới phát triển bền vững cho vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ.