Tổng quan nghiên cứu
Thành phố Hải Phòng là đô thị loại một và trung tâm kinh tế biển trọng điểm phía Bắc với diện tích tự nhiên 1.519,2 km², quy mô dân số đạt trên 1,94 triệu người vào năm 2015. Địa bàn thành phố sở hữu mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ trung bình từ 1,0 đến 1,9 km/km², cục bộ có nơi lên đến 2,4 km/km², hình thành nên 12 tuyến đường thủy huyết mạch dài 226 km. Tuy nhiên, đi cùng tốc độ tăng trưởng sản xuất công nghiệp đạt 16,8%/năm là áp lực xả thải khổng lồ, điển hình với lưu lượng nước thải sinh hoạt đô thị phát sinh hơn 291.585 m³/ngày, phần lớn chưa qua xử lý triệt để trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận.
Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là tình trạng suy giảm chất lượng nước mặt nghiêm trọng do xung đột giữa phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường lưu vực. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát, quan trắc và đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước trên 6 tuyến sông chính gồm sông Cấm, sông Lạch Tray, sông Bạch Đằng - Đá Bạc, sông Văn Úc, sông Thái Bình và sông Hóa; đồng thời tính toán, dự báo tải lượng ô nhiễm giai đoạn 2015 - 2020 để đề xuất giải pháp kiểm soát khả thi. Phạm vi nghiên cứu bao quát không gian toàn bộ các lưu vực sông chính của Hải Phòng trong giai đoạn thực địa 2015 - 2016. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng về chỉ số chất lượng nước WQI, tải lượng các thông số COD, BOD5, TSS, Nitơ và Phốt pho, làm cơ sở chiến lược cho công tác quy hoạch tài nguyên nước và kiểm soát ô nhiễm tại địa phương.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn vận dụng lý thuyết tự làm sạch và khả năng đồng hóa chất ô nhiễm của thủy vực tự nhiên, kết hợp lý thuyết chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, dinh dưỡng trong môi trường nước mặt dưới tác động tổng hợp của dòng chảy và chế độ thủy triều.
Về mặt định lượng, nghiên cứu áp dụng mô hình tính toán chỉ số chất lượng nước theo hướng dẫn của Kannel (2007) cải tiến từ WQI - NSF Hoa Kỳ, đồng thời kết hợp công thức xác định WQI tổng hợp theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01/07/2011 của Tổng cục Môi trường Việt Nam. Hệ thống lý thuyết tập trung vào các khái niệm cốt lõi:
- Nhu cầu oxy hóa học (COD) và Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Thước đo hàm lượng các chất hữu cơ dễ và khó phân hủy sinh học.
- Chỉ số chất lượng nước (WQI): Giá trị tổ hợp phản ánh mức độ sạch hoặc ô nhiễm của nguồn nước phục vụ từng mục đích sử dụng.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Hàm lượng hạt khoáng và mùn bã hữu cơ lơ lửng gây đục nước.
- Tải lượng ô nhiễm nguồn điểm và nguồn diện: Khối lượng chất ô nhiễm phát sinh từ các cơ sở xả thải cố định hoặc lan tỏa theo dòng chảy tràn.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thứ cấp từ Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng, Trung tâm Quan trắc - Phân tích Môi trường Biển kết hợp dữ liệu quan trắc sơ cấp thực địa trong 2 mùa đặc trưng: mùa khô (tháng 3/2015) và mùa mưa (tháng 7/2015).
Mạng lưới quan trắc bao gồm 25 điểm lấy mẫu tầng mặt trên 6 lưu vực sông chính. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc đại diện không gian và diễn biến xả thải: lấy mẫu tại thượng lưu, hạ lưu, khu vực hợp lưu, vùng cửa sông và các vị trí cách nguồn xả thải tập trung của khu công nghiệp, đô thị 1 km theo hướng dòng chảy. Quy trình thu thập, bảo quản mẫu thực hiện nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-6:2008 và TCVN 6663-3:2008.
Phương pháp phân tích được lựa chọn dựa trên Thông tư số 21/2012/BTNMT về đảm bảo chất lượng quan trắc môi trường. Đo nhanh hiện trường nhiệt độ, pH, DO bằng thiết bị Horiba U-22XD (độ chính xác dưới 1% sai số); phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, NH4+, PO43- bằng máy quang phổ Hach DR2800 và DR2400 theo tiêu chuẩn SMEWW 5220C và TCVN 6001-1:2008. Lý do chọn hệ phương pháp này là nhằm đảm bảo độ tin cậy của chuỗi số liệu (sai số dưới 5%), tối ưu hóa việc phân tích nhanh các hợp chất dinh dưỡng kém bền vững ngay tại thực địa. Ngoài ra, phương pháp đánh giá nhanh theo hệ số phát thải của UNEP và San Diego - McGlone được áp dụng để dự báo tải lượng ô nhiễm từ sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Kết quả phân tích thực nghiệm chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về hiện trạng môi trường nước sông Hải Phòng:
Thứ nhất, tải lượng ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng từ sinh hoạt đô thị đạt mức báo động. Năm 2015, lượng nước thải sinh hoạt 291.585 m³/ngày đã phát thải ra môi trường 204.110 kg TSS/ngày, 97.195 kg BOD5/ngày và 184.671 kg COD/ngày, tăng hơn 4,6% so với năm 2010. Sông Cấm và sông Lạch Tray là hai lưu vực tiếp nhận chính nên có nồng độ COD và BOD5 vượt ngưỡng cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT từ 1,3 đến 2,8 lần vào mùa khô.
Thứ hai, hoạt động nuôi trồng thủy sản và chăn nuôi đóng góp tải lượng ô nhiễm diện cực lớn. Riêng khu vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng với diện tích nuôi 6.980 ha đã xả thải vào môi trường nước hàng năm khoảng 63.000 tấn BOD5, 127.000 tấn COD, 34.000 tấn Nitơ và 11.000 tấn Phốt pho. Bên cạnh đó, đàn vật nuôi trên địa bàn phát sinh hơn 21.000 tấn BOD và 32.000 tấn COD mỗi năm.
Thứ ba, sự suy giảm nghiêm trọng của chỉ số WQI theo không gian và mùa. Chất lượng nước mùa mưa nhìn chung tốt hơn mùa khô nhờ lưu lượng dòng chảy pha loãng lớn. Chỉ số WQI tại các điểm thượng lưu sông Thái Bình và sông Đá Bạch đạt mức khá (76 - 90 điểm), trong khi tại các phân đoạn chảy qua nội thành thuộc sông Cấm và sông Lạch Tray chỉ số WQI giảm xuống mức trung bình và xấu (26 - 50 điểm), nồng độ amoni (NH4+) cục bộ vượt chuẩn trên 3 lần.
Thứ tư, xâm nhập mặn diễn biến phức tạp trong mùa cạn (tháng 12 đến tháng 5 năm sau). Độ mặn lớn nhất ghi nhận trên sông Bạch Đằng lên tới 17,27‰, sông Cấm đạt 13,73‰, và đoạn sông Văn Úc từ 0 đến 20 km cách cửa biển luôn duy trì độ mặn cao xấp xỉ 26‰, đe dọa trực tiếp an ninh cấp nước ngọt.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm là hạ tầng thu gom, xử lý nước thải chưa tương xứng với tốc độ tăng trưởng kinh tế. Toàn thành phố có 34 làng nghề tiểu thủ công nghiệp và nhiều cụm công nghiệp lớn như CCN Tiên Lãng (xả thải 2.453 m³/ngày), CCN Tân Liên (820 m³/ngày) vẫn xả thải trực tiếp hoặc chỉ xử lý sơ bộ. Hơn nữa, chỉ 5 trên 25 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải y tế đạt chuẩn kỹ thuật, còn lại hầu hết đổ thẳng ra sông Cấm và sông Lạch Tray. Vận tải biển cũng tạo áp lực lớn khi hàng năm phát sinh khoảng 75.500 m³ nước thải nhiễm dầu tàu biển.
Các phát hiện được minh họa trực quan qua biểu đồ đường biến thiên nồng độ oxy hòa tan (DO) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) qua các mùa, kết hợp bảng ma trận hệ số tương quan giữa các thông số WQI thành phần. So với các nghiên cứu tại lưu vực sông Cầu hay sông Nhuệ - Đáy, chất lượng nước sông Hải Phòng có khả năng tự làm sạch tốt hơn nhờ chế độ bán nhật triều mạnh, nhưng lại chịu rủi ro tích tụ dầu mỡ, kim loại nặng tại vùng cửa sông ven biển và nguy cơ nhiễm mặn cao.
Đề xuất và khuyến nghị
Dựa trên kết quả đánh giá tải lượng và hiện trạng chất lượng nước, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:
-
Đẩy nhanh tiến độ thi công và đưa vào vận hành đồng bộ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị tập trung gồm trạm Vĩnh Niệm (công suất 36.000 m³/ngày) và trạm Đông Nam (công suất 75.000 m³/ngày). Mục tiêu đến năm 2020 thu gom và xử lý đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT tối thiểu 60% tổng lượng nước thải sinh hoạt nội thành, giảm tải trực tiếp cho sông Cấm và sông Lạch Tray do Sở Xây dựng và Công ty Thoát nước Hải Phòng chủ trì.
-
Bắt buộc 100% các khu công nghiệp, cụm công nghiệp (như Quán Trữ, An Hồng, Tiên Lãng) và 34 làng nghề hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải tập trung đạt QCVN 40:2011/BTNMT trước năm 2019. Lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục đối với các thông số pH, COD, TSS và lưu lượng xả thải truyền dữ liệu trực tiếp về Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng.
-
Kiểm soát nghiêm ngặt nguồn thải từ giao thông thủy và hệ thống cảng biển. Ban Quản lý Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng cần thiết lập hệ thống thu gom, xử lý triệt để 75.500 m³/năm nước thải la canh nhiễm dầu từ các phương tiện tàu biển, chấm dứt tình trạng xả trộm dầu thải ra luồng hàng hải sông Cấm và cửa Nam Triệu.
-
Xây dựng hành lang bảo vệ nghiêm ngặt nguồn nước ngọt tại 3 hệ thống sông cấp nước sinh hoạt chính là sông Rế, sông Đa Độ và sông Giá với tổng trữ lượng hơn 21 triệu m³. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cần kiểm soát dư lượng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật tại các vùng chuyên canh rau ở huyện Thủy Nguyên, An Dương, Tiên Lãng, giảm 30% lượng hóa chất rửa trôi vào sông trước năm 2020.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:
-
Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng, Chi cục Bảo vệ Môi trường sử dụng bộ số liệu WQI và dự báo tải lượng ô nhiễm đến năm 2020 để xây dựng quy hoạch bảo vệ môi trường nước, phân vùng tiếp nhận nước thải và cấp phép xả thải.
-
Doanh nghiệp quản lý hạ tầng khu công nghiệp và cảng biển: Ban quản lý KCN Nomura, KCN Đình Vũ, VSIP và Công ty Cảng Hải Phòng ứng dụng các tính toán tải lượng nước thải công nghiệp và nước thải nhiễm dầu để thiết kế, nâng cấp trạm xử lý nước thải đạt chuẩn.
-
Giảng viên, nhà khoa học và học viên cao học: Nhóm nghiên cứu thuộc các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường khai thác phương pháp luận kết hợp WQI Kannel và hệ số phát thải nhanh UNEP cho các nghiên cứu lưu vực sông ven biển.
-
Chính quyền địa phương các quận, huyện ven sông: Ủy ban nhân dân các huyện Thủy Nguyên, An Lão, Tiên Lãng, Vĩnh Bảo tham khảo dữ liệu ô nhiễm chăn nuôi và làng nghề để quy hoạch vùng xử lý chất thải tập trung, bảo vệ nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước sông tại Hải Phòng là gì?
Nguồn ô nhiễm lớn nhất xuất phát từ nước thải sinh hoạt đô thị chưa qua xử lý với lưu lượng trên 291.585 m³/ngày và hoạt động nuôi trồng thủy sản ven sông xả thải tới 63.000 tấn BOD5/năm. Thêm vào đó, nước thải từ 34 làng nghề và các cụm công nghiệp chưa có trạm xử lý hoàn chỉnh làm gia tăng tải lượng hữu cơ, amoni trên các sông chính.
Những con sông nào trên địa bàn Hải Phòng đang bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất?
Sông Cấm và sông Lạch Tray là hai lưu vực bị ô nhiễm nặng nhất. Đây là nơi trực tiếp tiếp nhận phần lớn nước thải sinh hoạt từ hệ thống cống thoát nước nội thành, nước thải từ các cơ sở công nghiệp phân tán, cụm công nghiệp Quán Trữ, Vĩnh Niệm và hoạt động dày đặc của các cảng biển lớn như Hoàng Diệu, Chùa Vẽ.
Hiện tượng xâm nhập mặn ảnh hưởng như thế nào đến nguồn nước mặt Hải Phòng?
Vào mùa khô, độ mặn trên sông Bạch Đằng đạt mức cao nhất 17,27‰, sông Cấm đạt 13,73‰, và vùng hạ lưu sông Văn Úc duy trì độ mặn 26‰ trong phạm vi 20 km từ cửa biển. Sự xâm nhập mặn sâu hạn chế khả năng khai thác nước ngọt phục vụ sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp của các huyện ven biển.
Phương pháp tính toán chỉ số WQI trong luận văn có điểm gì nổi bật?
Luận văn tích hợp phương pháp tính WQI của Tổng cục Môi trường theo Quyết định 879/QĐ-TCMT và mô hình Kannel (2007) với trọng số gán từ 1 đến 4 cho các chỉ tiêu quan trọng như DO, COD, NH4+. Cách tiếp cận này phản ánh đa chiều cả chất lượng hóa lý và mức độ phù hợp của nguồn nước đối với hệ sinh thái thủy sinh.
Luận văn đề xuất giải pháp cấp bách nào để bảo vệ nguồn cấp nước sinh hoạt?
Giải pháp then chốt là bảo vệ nghiêm ngặt 3 hệ thống sông cấp nước ngọt chính gồm sông Giá, sông Rế, sông Đa Độ có trữ lượng hơn 21 triệu m³; đồng thời khẩn trương hoàn thành trạm xử lý nước thải Vĩnh Niệm công suất 36.000 m³/ngày và trạm Đông Nam 75.000 m³/ngày để ngăn chặn nước thải đô thị chảy tràn vào sông.
Kết luận
- Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước trên 6 hệ thống sông chính tại Hải Phòng thông qua quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT và chỉ số WQI.
- Xác định rõ hai nguồn gây ô nhiễm hữu cơ lớn nhất là nước thải sinh hoạt đô thị (291.585 m³/ngày) và nuôi trồng thủy sản vùng cửa sông (127.000 tấn COD/năm).
- Phân tích chi tiết quy luật xâm nhập mặn với độ mặn cực đại 17,27‰ tại sông Bạch Đằng, làm cơ sở cảnh báo an ninh nguồn nước ngọt.
- Dự báo chính xác xu hướng gia tăng tải lượng ô nhiễm từ công nghiệp, đô thị đến năm 2020 theo phương pháp đánh giá nhanh UNEP.
- Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, hạ tầng và quản lý lưu vực sông mang tính khả thi cao cho thành phố.
Kế hoạch hành động tiếp theo cần tập trung hoàn thiện hạ tầng trạm xử lý nước thải tập trung giai đoạn 2017 - 2020 và hiện đại hóa mạng lưới trạm quan trắc tự động. Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp hãy chủ động ứng dụng dữ liệu của luận văn vào công tác thực thi chính sách bảo vệ tài nguyên nước và phát triển bền vững thành phố cảng.