Tổng quan nghiên cứu

Làng nghề sản xuất giấy Phong Khê tại thành phố Bắc Ninh đóng vai trò trọng điểm trong phát triển kinh tế địa phương, ghi nhận sản lượng đạt 305.000 tấn giấy vào năm 2019 và đóng góp hàng năm từ 50 đến 60 tỷ đồng vào ngân sách nhà nước. Khu vực này quy tụ 263 cơ sở sản xuất, tạo việc làm thường xuyên cho hơn 6.000 lao động nông thôn trên tổng diện tích tự nhiên 548,67 ha. Tuy nhiên, mô hình phát triển tự phát đan xen trong các khu dân cư đã kéo theo cuộc khủng hoảng môi trường nghiêm trọng. Lưu lượng nước thải xả ra môi trường dao động từ 7.100 đến 9.600 m3/ngày trong mùa khô và tăng vọt lên 16.000 đến 25.500 m3/ngày vào mùa mưa, phần lớn chưa qua xử lý triệt để và đổ thẳng vào lưu vực sông Ngũ Huyện Khê.

Nghiên cứu được thực hiện với các mục tiêu trọng tâm: đánh giá toàn diện hiện trạng công tác thu gom, thoát nước; phân tích mức độ suy thoái môi trường nước mặt, nước ngầm và nước thải phát sinh; khảo sát năng lực quản lý môi trường tại địa phương; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật, cơ chế chính sách khả thi. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ 4 khu vực dân cư của phường Phong Khê gồm Dương Ổ, Đào Xá, Ngô Khê và Châm Khê cùng 2 cụm công nghiệp tập trung, với khung thời gian thu thập dữ liệu chuyên sâu trong giai đoạn năm 2019 và năm 2020.

Kết quả công trình có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy để tối ưu hóa hiệu quả vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung có vốn đầu tư 156 tỷ đồng. Đồng thời, luận văn định hướng các chỉ số kiểm soát chất lượng nước theo quy chuẩn quốc gia, góp phần cân bằng giữa tăng trưởng công nghiệp làng nghề và bảo vệ hệ sinh thái thủy vực bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu thiết lập hệ thống cơ sở lý luận dựa trên lý thuyết chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông thôn gắn với tiêu chí công nhận làng nghề truyền thống theo quy định tại Thông tư 116/2006/TT-BNN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Đồng thời, đề tài vận dụng mô hình đánh giá chu trình dòng thải công nghệ trong quy trình sản xuất giấy tái chế từ phế liệu bìa carton, giấy vụn. Khung phân tích tập trung vào các khái niệm môi trường cốt lõi bao gồm: nước thải sản xuất làng nghề, cơ chế phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy, động học suy thoái nguồn nước mặt và hiện tượng xâm nhập ô nhiễm vào các tầng chứa nước ngầm Pleistocen và Holocen.

Nền tảng pháp lý của đề tài căn cứ trực tiếp vào Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, cùng các quy định quản lý chất thải tại Nghị định 117/2009/NĐ-CP. Việc đánh giá chất lượng nguồn nước được đối chiếu với hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm QCVN 08-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt, QCVN 09-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước dưới đất và QCVN 12-MT:2015/BTNMT về nước thải công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đồng bộ giữa nguồn dữ liệu thứ cấp thu thập từ Ủy ban nhân dân phường Phong Khê, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Bắc Ninh và dữ liệu sơ cấp từ khảo sát thực địa. Phương pháp điều tra xã hội học được thực hiện trên cỡ mẫu 150 phiếu khảo sát. Kỹ thuật chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng trên 4 thôn làng nghề nhằm thu thập phản hồi khách quan từ cả chủ cơ sở trực tiếp sản xuất lẫn các hộ dân thuần nông chịu ảnh hưởng của ô nhiễm.

Chương trình quan trắc hiện trường được thiết kế với 9 điểm lấy mẫu đặc trưng, bao gồm 3 mẫu nước mặt (ký hiệu từ NM1 đến NM3 trên hồ sen và thượng/hạ lưu sông Ngũ Huyện Khê), 3 mẫu nước ngầm tại các giếng khoan có độ sâu từ 40m đến 70m (từ NN1 đến NN3), và 3 mẫu nước thải tại các kênh thu gom chính (từ NTSX1 đến NTSX3). Việc phân tích các thông số vật lý, hóa học và vi sinh (pH, DO, COD, BOD5, TSS, TDS, Fe, Coliform) được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Công ty Cổ phần Môi trường Vinh Phát theo các phương pháp chuẩn TCVN 6492:2011, TCVN 6001:2008 và SMEWW 5220C:2012. Lựa chọn này đảm bảo tính pháp lý, triệt tiêu sai số phân tích và phản ánh chính xác tải lượng chất ô nhiễm. Toàn bộ số liệu được tổng hợp, xử lý thống kê mô tả và so sánh đối chuẩn trên phần mềm Microsoft Excel trong suốt giai đoạn nghiên cứu năm 2019 - 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chỉ ra cường độ sử dụng nước và lượng phát thải tại Phong Khê ở mức rất cao. Hoạt động sản xuất tiêu tốn từ 20 đến 25 m3 nước ngầm cho mỗi tấn sản phẩm giấy hoàn thiện. Một dây chuyền công suất trung bình 4,5 tấn/ngày tiêu thụ từ 70 đến 100 m3 nước/ngày, xả thải ra môi trường từ 30 đến 70 m3 nước thải mỗi ngày. Tổng lưu lượng xả thải toàn phường đạt 7.100 - 9.600 m3/ngày trong mùa khô và tăng lên mức 16.000 - 25.500 m3/ngày trong mùa mưa. Trong đó, khu vực thôn Dương Ổ chiếm tỷ trọng xả thải cao nhất với lưu lượng từ 4.500 đến 5.400 m3/ngày vào mùa khô.

Thứ hai, chất lượng nước mặt tại sông Ngũ Huyện Khê ghi nhận tình trạng suy thoái đặc biệt nghiêm trọng. Tại vị trí quan trắc NM3 (cách điểm xả 300m về phía hạ lưu), nồng độ oxy hòa tan (DO) giảm mạnh xuống mức 2,11 mg/l. Nhu cầu oxy hóa học (COD) đo được đạt mức 410 mg/l, vượt 13,6 lần so với giới hạn cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Chỉ số nhu cầu oxy sinh học (BOD5) chạm ngưỡng 184,5 mg/l, vượt hơn 12,3 lần giới hạn cho phép. Tổng chất rắn lơ lửng (SS) đạt 110 mg/l, vượt quy chuẩn 2,2 lần. Mật độ vi sinh vật Coliform ghi nhận ở mức 12.000 MPN/100ml, vượt xa ngưỡng kiểm soát an toàn nguồn nước.

Thứ ba, khối lượng hóa chất công nghiệp tiêu thụ hàng năm là nguyên nhân trực tiếp làm đậm đặc nồng độ ô nhiễm trong dòng thải. Để sản xuất giấy kraft và giấy vệ sinh, làng nghề Phong Khê sử dụng mỗi năm 247 tấn xút (NaOH), 820 tấn phèn, 60 tấn nước tẩy Javen, 82 tấn nhựa thông và 500 tấn than đốt lò hơi. Dịch thải kiềm nguội và kiềm nóng chứa hàm lượng xút dư và hợp chất hữu cơ lignin hòa tan được xả trực tiếp ra hệ thống mương thoát nước.

Thứ tư, hạ tầng thu gom nước thải phân tán bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng. Mặc dù cụm công nghiệp đã được quy hoạch, trạm xử lý nước thải tại khu vực Đào Xá với lưu lượng thiết kế 400 - 500 m3/ngày hoàn toàn không vận hành. Hệ thống mương cống rãnh thường xuyên bị bồi lắng bùn rác, gây ứ đọng nước thải và làm ngập úng mặt đường nội bộ mỗi khi có mưa.

Thảo luận kết quả

Thực trạng ô nhiễm hữu cơ vượt ngưỡng hàng chục lần trên sông Ngũ Huyện Khê bắt nguồn từ quy trình công nghệ kiềm lạnh lạc hậu, thiếu hệ thống thu hồi xơ sợi bột giấy và thiết bị xử lý sơ bộ tại từng hộ gia đình. Các hộ sản xuất quy mô nhỏ lẻ thiếu diện tích xây dựng bể lắng, dẫn đến hiện tượng xả tràn bột giấy và hóa chất tẩy trắng ra cống chung. Khi đối chiếu với các công trình nghiên cứu của các tác giả đầu ngành về môi trường làng nghề tại miền Bắc, mức độ ô nhiễm COD và Coliform tại Phong Khê tương đồng với tình trạng tại làng nghề giấy Phú Lâm nhưng có quy mô xả thải lớn hơn gấp nhiều lần.

Sự biến thiên chất lượng nước giữa các điểm quan trắc thể hiện rất rõ quy luật lan truyền chất ô nhiễm trong thủy vực. Dữ liệu thực nghiệm khi thể hiện qua biểu đồ tương quan đường nồng độ COD và BOD5 từ điểm NM2 (thượng lưu) sang điểm NM3 (hạ lưu) cho thấy mức tăng vọt từ 65,8 mg/l lên 410 mg/l đối với COD, và từ 27,9 mg/l lên 184,5 mg/l đối với BOD5. Điều này phản ánh tải lượng ô nhiễm hữu cơ tích tụ khổng lồ ngay tại điểm tiếp nhận dòng thải tập trung. Thêm vào đó, bảng so sánh lưu lượng giữa hai mùa cho thấy dòng chảy mùa mưa tăng gấp 2,5 lần mùa khô, tạo áp lực rửa trôi các bãi chứa xỉ than và bùn thải dọc bờ sông, làm trầm trọng thêm nguy cơ ô nhiễm thứ cấp đối với nguồn nước ngầm tầng nông.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, rà soát và thực hiện quy hoạch di dời triệt để các cơ sở sản xuất. Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Ninh cần chủ trì phối hợp với Ủy ban nhân dân phường Phong Khê lập phương án di dời 100% các hộ sản xuất giấy nằm xen kẽ trong khu dân cư vào Cụm công nghiệp Phong Khê 1 và Phong Khê 2 trước năm 2025. Việc này nhằm tách biệt hoàn toàn không gian sinh hoạt và không gian sản xuất, đồng thời kiểm soát tập trung 548,67 ha diện tích địa bàn.

Thứ hai, cải tiến quy trình công nghệ và áp dụng sản xuất sạch hơn. Các cơ sở và doanh nghiệp sản xuất giấy cần chuyển đổi từ công nghệ kiềm lạnh thủ công sang công nghệ khép kín, lắp đặt hệ thống tuyển nổi để thu hồi xơ sợi vụn. Mục tiêu kỹ thuật đặt ra là tái tuần hoàn tối thiểu 40% lượng nước thải sản xuất trong chu trình nghiền - đánh tơi, giúp hạ định mức khai thác nước ngầm từ mức 20 - 25 m3/tấn xuống dưới 15 m3/tấn sản phẩm trong giai đoạn 2021 - 2023.

Thứ ba, hoàn thiện mạng lưới thu gom và tối ưu hóa nhà máy xử lý tập trung. Ban Quản lý Cụm công nghiệp cùng đơn vị vận hành cần nâng cấp toàn diện các tuyến cống cấp 1 và cấp 2, nạo vét định kỳ bùn lắng tại khu vực Dương Ổ và Đào Xá. Khẩn trương khôi phục trạm xử lý Đào Xá và đưa nhà máy xử lý nước thải công suất 10.000 m3/ngày đêm vận hành đạt công suất tối đa, bảo đảm 100% dòng thải sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 12-MT:2015/BTNMT cột A trước khi xả ra sông Ngũ Huyện Khê từ năm 2022.

Thứ tư, tăng cường hiệu lực quản lý nhà nước và cưỡng chế thực thi pháp luật. Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Bắc Ninh cần thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục đối với các cửa xả lớn, định kỳ thanh tra đột xuất và xử phạt nghiêm các hành vi xả lén theo Nghị định 117/2009/NĐ-CP. Đồng thời, triển khai thu triệt để phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp làng nghề để tạo nguồn kinh phí duy tu hệ thống thoát nước chung.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, cán bộ quản lý môi trường và nhà hoạch định chính sách tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Bắc Ninh. Luận văn cung cấp bức tranh số liệu hiện trạng chi tiết, hỗ trợ quá trình xây dựng đề án quy hoạch cụm công nghiệp làng nghề và lộ trình đóng cửa, di dời các cơ sở gây ô nhiễm nghiêm trọng.

Thứ hai, giảng viên, học viên sau đại học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên. Công trình là tài liệu học thuật giá trị về phương pháp điều tra thực địa, kỹ thuật quan trắc phân tích chất lượng nước chuyên ngành giấy và phương pháp xử lý số liệu xã hội học tại các điểm nóng môi trường nông thôn.

Thứ ba, các chủ doanh nghiệp, hộ sản xuất kinh doanh giấy tại Phong Khê, Phú Lâm và các làng nghề tái chế trên toàn quốc. Tài liệu giúp nhận diện rõ các dòng thải ô nhiễm trong từng công đoạn sản xuất (ngâm kiềm, tẩy trắng Javen, xeo giấy), từ đó áp dụng các giải pháp tuần hoàn dòng nước và cắt giảm chi phí nguyên nhiên liệu hóa chất.

Thứ tư, các tổ chức phi chính phủ và hiệp hội bảo vệ môi trường làng nghề. Công trình cung cấp minh chứng thực tiễn phục vụ việc thiết kế các dự án can thiệp cộng đồng, truyền thông nâng cao nhận thức sinh thái và hỗ trợ chuyển giao công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp cho người dân.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động sản xuất giấy tại làng nghề Phong Khê tác động đến nguồn tài nguyên nước ngầm như thế nào? Toàn bộ 263 cơ sở sản xuất tại phường Phong Khê đều phụ thuộc vào nguồn nước ngầm từ các tầng chứa nước Pleistocen với độ sâu khai thác từ 20m đến 70m. Định mức tiêu thụ từ 20 đến 25 m3 nước cho mỗi tấn sản phẩm gây áp lực hạ thấp mực nước ngầm cục bộ, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ thẩm thấu chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại từ các mương xả lộ thiên.

Mức độ ô nhiễm nước mặt tại sông Ngũ Huyện Khê qua phân tích thực nghiệm nghiêm trọng ra sao? Kết quả phân tích mẫu NM3 tại hạ lưu điểm xả thải cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ vượt chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT rất lớn: COD đạt 410 mg/l (vượt 13,6 lần), BOD5 đạt 184,5 mg/l (vượt 12,3 lần) và tổng chất rắn lơ lửng SS đạt 110 mg/l (vượt 2,2 lần). Dòng sông đã mất hoàn toàn khả năng tự làm sạch tự nhiên.

Tại sao nhà máy xử lý nước thải tập trung công suất lớn vẫn chưa giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm? Mặc dù nhà máy xử lý nước thải công suất 10.000 m3/ngày đêm đã được đầu tư xây dựng với kinh phí 156 tỷ đồng, nhưng hệ thống mạng lưới đường ống thu gom chưa đồng bộ. Thêm vào đó, lưu lượng nước thải thực tế vào mùa mưa lên tới 16.000 - 25.500 m3/ngày đã gây quá tải hệ thống, kết hợp tình trạng trạm xử lý Đào Xá ngừng hoạt động khiến nước thải xả tràn trực tiếp ra sông.

Những loại hóa chất nào phát sinh nhiều nhất trong quy trình sản xuất giấy tại làng nghề Phong Khê? Hoạt động sản xuất giấy tái chế tại Phong Khê tiêu thụ hàng năm khoảng 247 tấn xút (NaOH) dùng để nấu và ngâm kiềm bột giấy, 820 tấn phèn phục vụ quá trình keo nhựa, 60 tấn Javen dùng để tẩy trắng xơ sợi và 82 tấn nhựa thông. Các hóa chất này theo dòng thải kiềm và nước rửa ngấm thẳng vào hệ thống thoát nước chung.

Đâu là giải pháp căn cơ nhất để giải quyết dứt điểm vấn đề môi trường nước tại làng nghề Phong Khê? Giải pháp then chốt là thực hiện lộ trình di dời toàn bộ các cơ sở sản xuất xen kẽ trong khu dân cư vào 2 cụm công nghiệp tập trung, bắt buộc các cơ sở đầu tư bể tuyển nổi sơ bộ và tuần hoàn tối thiểu 40% nước thải, kết hợp vận hành trơn tru nhà máy xử lý nước thải tập trung đạt chuẩn xả thải loại A.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện bức tranh môi trường nước tại làng nghề giấy Phong Khê, xác định lưu lượng xả thải cực lớn từ 7.100 m3/ngày đến 25.500 m3/ngày đe dọa trực tiếp đến lưu vực sông Ngũ Huyện Khê.
  • Kết quả kiểm nghiệm thực tế khẳng định mức độ ô nhiễm hữu cơ trên sông vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT từ 12 đến hơn 13 lần đối với các chỉ tiêu COD và BOD5, cùng lượng chất rắn lơ lửng vượt hơn 2,2 lần.
  • Nghiên cứu chỉ rõ điểm nghẽn hạ tầng khi trạm xử lý nước thải Đào Xá ngừng hoạt động và mạng lưới thu gom chưa đáp ứng đủ công suất phát sinh thực tế của 263 cơ sở sản xuất.
  • Hệ thống 5 nhóm giải pháp được đề xuất bao quát từ quy hoạch không gian, đổi mới công nghệ kiềm kín, thu hồi xơ sợi, đến cơ chế cưỡng chế quan trắc tự động và thu phí bảo vệ môi trường.
  • Đóng góp khoa học cốt lõi của công trình là cung cấp luận cứ thực chứng phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước và lộ trình chuyển đổi phát triển bền vững cho các làng nghề tái chế tại vùng Đồng bằng sông Hồng trong giai đoạn 2021 - 2025.