Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ Bộ Y tế và Bộ Tài nguyên và Môi trường, trung bình mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 9.000 người tử vong do nguồn nước và điều kiện vệ sinh kém, cùng với hơn 200.000 trường hợp phát hiện bệnh ung thư mới mà một trong những nguyên nhân chính bắt nguồn từ việc sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm. Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ, thị xã Phổ Yên thuộc tỉnh Thái Nguyên – một đô thị trung du cửa ngõ phía Nam tiếp giáp thủ đô Hà Nội với tổng diện tích tự nhiên 25.888,72 ha – đang đối mặt với những sức ép môi trường to lớn. Quá trình phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp tập trung đã thúc đẩy số lượng lao động trong các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài tăng vọt từ 909 người năm 2010 lên tới 75.947 người vào năm 2017, kéo theo nhu cầu sử dụng nước và lưu lượng nước thải xả ra môi trường gia tăng đột biến.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là sự suy giảm chất lượng nguồn nước mặt do tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi và nước tràn nông nghiệp chưa qua xử lý đạt chuẩn. Đề tài hướng tới 4 mục tiêu cụ thể: đánh giá tình hình sử dụng nguồn nước mặt của cộng đồng dân cư; khảo sát và lượng hóa hiện trạng chất lượng nước mặt thông qua 11 chỉ tiêu hóa lý đặc trưng; điều tra thực trạng công tác thu gom, xử lý chất thải sinh hoạt và chăn nuôi; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ nhằm cải thiện chất lượng môi trường nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 4 phường trung tâm của thị xã Phổ Yên gồm Ba Hàng, Bắc Sơn, Đồng Tiến và Bãi Bông trong giai đoạn 2017 - 2018. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi cung cấp hệ thống dữ liệu quan trắc chuẩn mực, làm tiền đề khoa học hỗ trợ chính quyền địa phương nâng cao tỷ lệ xử lý nước thải từ mức dưới 20% hiện nay lên các mục tiêu môi trường bền vững theo tiêu chuẩn quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của lý thuyết tự làm sạch của các thủy vực tự nhiên và mô hình động học chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước. Thuyết tự làm sạch chỉ ra rằng khả năng khoáng hóa chất ô nhiễm của sông hồ phụ thuộc mật thiết vào hàm lượng oxy hòa tan và mật độ vi sinh vật bản địa. Khi tải lượng chất thải hữu cơ vượt quá khả năng tự điều chỉnh của thủy vực, trạng thái kỵ khí sẽ xuất hiện, dẫn đến suy thoái chất lượng nước nghiêm trọng. Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng mô hình đánh giá áp lực - hiện trạng - đáp ứng để phân tích tác động qua lại giữa các hoạt động phát triển kinh tế xã hội và chất lượng môi trường nước mặt.

Khung lý thuyết của luận văn tập trung vào 5 khái niệm cốt lõi:

  • Môi trường nước mặt: Hệ thống nước tồn tại trong các sông, suối, ao, hồ và vùng đất ngập nước tự nhiên hoặc nhân tạo, chịu tác động trực tiếp bởi các quá trình khí tượng và nhân tạo.
  • Nhu cầu oxy hóa học (COD): Lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước bằng chất oxy hóa hóa học mạnh, là chỉ số phản ánh mức độ ô nhiễm tổng thể.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ để phân hủy các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí ở 20 độ C trong 5 ngày.
  • Oxy hòa tan (DO): Nồng độ oxy tự do hòa tan trong nước, yếu tố sống còn duy trì sự tồn tại của hệ thủy sinh vật.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Khối lượng các hạt chất rắn không tan lơ lửng trong nước bị giữ lại trên màng lọc chuẩn.

Toàn bộ quá trình đánh giá được đối chiếu trực tiếp với hệ thống văn bản quy phạm pháp luật nghiêm ngặt, bao gồm Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1 áp dụng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi và các mục đích sử dụng tương đương).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được kết hợp chặt chẽ giữa số liệu sơ cấp và số liệu thứ cấp. Dữ liệu thứ cấp được thu thập từ Niên giám thống kê thị xã Phổ Yên năm 2017, các báo cáo hiện trạng môi trường của Phòng Tài nguyên và Môi trường thị xã, cùng các tài liệu khí tượng thủy văn của trạm quan trắc Thái Nguyên. Dữ liệu sơ cấp được tạo lập thông qua chương trình quan trắc hiện trường và điều tra xã hội học độc lập.

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu được thiết kế chuẩn mực:

  • Mẫu quan trắc nước mặt: Lấy tổng cộng 14 mẫu nước tại 7 vị trí đại diện (ký hiệu từ M1 đến M7) gồm suối Rẽo (M1 tại Bãi Bông), ao xóm Đại Đồng (M2 tại Đồng Tiến), sông Công (M3 tại Bắc Sơn), hồ Đài tưởng niệm (M4 tại Ba Hàng), ao nuôi cá xóm Đình (M5 tại Đồng Tiến), kênh Núi Cốc tại trung tâm y tế (M6 tại Ba Hàng) và kênh Núi Cốc (M7 tại Bãi Bông). Tần suất lấy mẫu thực hiện 2 đợt: đợt 1 vào tháng 11/2017 (đại diện mùa khô với lượng mưa tháng thấp chỉ khoảng 22 mm) và đợt 2 vào tháng 07/2018 (đại diện mùa mưa với lượng mưa đạt cực đại lên tới 489 mm).
  • Mẫu điều tra xã hội học: Khảo sát 120 hộ gia đình bằng bảng hỏi bán cấu trúc theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng đều tại 4 phường (mỗi phường 30 hộ).

Lý do lựa chọn phương pháp: Quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu tuân thủ tuyệt đối các tiêu chuẩn quốc gia như TCVN 6663-1:2011, TCVN 6663-3:2003, TCVN 5994:1995 và TCVN 6663-6:2008. Mẫu nước được lấy ở độ sâu cách bề mặt 5 cm bằng thiết bị thép không gỉ, bảo quản trong bóng tối ở 4 độ C. Các chỉ tiêu hóa lý được đo đạc bằng thiết bị chuẩn hóa cao độ: pH đo bằng máy Horiba, DO xác định bằng máy DO meter, COD phân tích bằng phương pháp oxy hóa bicromat, TSS xác định bằng phương pháp khối lượng, các ion kim loại và photpho xác định bằng phương pháp quang phổ so màu UV/VIS. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan, loại bỏ sai số và cho phép so sánh trực tiếp với các ngưỡng giới hạn theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích thực nghiệm và điều tra xã hội học đã làm sáng tỏ bức tranh chất lượng nước mặt tại khu vực trung tâm thị xã Phổ Yên với 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, tình trạng ô nhiễm hữu cơ và phú dưỡng diễn ra trên diện rộng với nồng độ COD và BOD5 vượt chuẩn nghiêm trọng. Trong đợt quan trắc tháng 11/2017, có 6 trên 7 điểm lấy mẫu (chiếm 85,7%) có giá trị COD và BOD5 vượt ngưỡng cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1. Điểm ô nhiễm nặng nề nhất là hồ Đài tưởng niệm (M4) với COD đạt 184,00 mg/l (vượt 6,13 lần ngưỡng 30 mg/l) và BOD5 đạt 147,20 mg/l (vượt 9,81 lần ngưỡng 15 mg/l). Đến đợt quan trắc tháng 07/2018, 100% mẫu nước (7/7 điểm) đều có BOD5 vượt giới hạn cho phép, dao động từ 18,80 mg/l đến 118,40 mg/l. Nồng độ COD đợt 2 cũng ghi nhận 6/7 mẫu vượt chuẩn, dao động từ 23,50 mg/l đến 148,00 mg/l.

Thứ hai, hàm lượng oxy hòa tan trong nước bị suy giảm rõ rệt tại các vùng nước tù đọng. Trong đợt 1, có 4 trên 7 mẫu quan trắc (chiếm 57,1%) có hàm lượng DO không đạt ngưỡng tối thiểu 4 mg/l theo quy chuẩn, thấp nhất ghi nhận tại ao xóm Đại Đồng (2,75 mg/l) và hồ Đài tưởng niệm (3,02 mg/l). Sang đợt 2, nhờ dòng chảy mùa mưa pha loãng, chỉ tiêu DO được cải thiện nhưng vẫn còn 2 trên 7 điểm không đạt chuẩn là ao Đại Đồng (3,75 mg/l) và hồ Đài tưởng niệm (3,96 mg/l).

Thứ ba, các chỉ tiêu vật lý, kim loại nặng và dinh dưỡng vô cơ vẫn duy trì trong ngưỡng an toàn sinh thái. Giá trị pH dao động ổn định từ 6,30 đến 7,48, phản ánh môi trường trung tính thuận lợi cho tưới tiêu. Hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS dao động từ 0,05 đến 4,23 mg/l (thấp hơn nhiều so với chuẩn 50 mg/l). Chỉ tiêu nitrat dao động từ 0,01 đến 0,20 mg/l (ngưỡng tối đa 10 mg/l). Các kim loại nặng như sắt dao động từ 0,01 đến 0,30 mg/l (ngưỡng 1,5 mg/l), kẽm từ 0,02 đến 0,50 mg/l (ngưỡng 1,5 mg/l) và clorua dao động từ 1,60 đến 4,50 mg/l (ngưỡng 350 mg/l).

Thứ tư, nhận thức và đánh giá cảm quan của người dân địa phương hoàn toàn tương thích với kết quả đo đạc lý hóa. Trong tổng số 120 phiếu điều tra, có 55,0% hộ dân nhận định nguồn nước mặt bị ô nhiễm ít, 28,3% cho rằng ô nhiễm nhiều và chỉ có 16,7% đánh giá chất lượng nước còn tốt. Đáng chú ý, có tới 81,6% số hộ phản ánh nguồn nước xuất hiện các dấu hiệu ô nhiễm dị thường, cụ thể là 48,3% ghi nhận mùi hôi tanh nồng nặc và 33,3% phát hiện nước đổi màu đen hoặc xanh rêu đậm đặc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gốc rễ dẫn đến tình trạng ô nhiễm hữu cơ bắt nguồn từ sự thiếu hụt cơ sở hạ tầng xử lý chất thải đô thị trong giai đoạn phát triển nóng. Khu vực trung tâm thị xã hiện chưa có nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung; phần lớn nước thải từ các hộ gia đình, cơ sở dịch vụ và chợ dân sinh chỉ qua bể tự hoại sơ sài rồi thoát thẳng ra cống chung đổ vào ao hồ. Bên cạnh đó, hoạt động chăn nuôi lợn và gia cầm quy mô hộ gia đình xả trực tiếp phân và nước rửa chuồng ra suối Rẽo và các ao xóm mà không có hệ thống hầm biogas đạt chuẩn. Nước tràn mặt mang theo dư lượng phân bón từ 12.220,23 ha đất sản xuất nông nghiệp cũng thúc đẩy quá trình phú dưỡng hóa nguồn nước.

Dữ liệu quan trắc được minh họa sinh động qua đồ thị biến thiên nồng độ oxy hòa tan và biểu đồ hình cột so sánh tải lượng COD, BOD5 giữa mùa khô và mùa mưa tại 7 điểm đo. Qua đó thấy rõ mùa khô nồng độ các chất ô nhiễm tích tụ đậm đặc hơn do lưu lượng dòng chảy tại sông Công và kênh Núi Cốc giảm thấp (mực nước kênh mùa khô chỉ đạt 0,4 - 0,6 m so với 1,5 - 2,0 m trong mùa lũ). So sánh với các nghiên cứu lân cận tại lưu vực sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên và sông Lô chảy qua Vĩnh Phúc, mức độ ô nhiễm hữu cơ tại Phổ Yên cao hơn ở các thủy vực tĩnh nội thị nhưng tải lượng kim loại nặng lại thấp hơn đáng kể, cho thấy ô nhiễm chủ yếu có nguồn gốc sinh hoạt và nông nghiệp chứ chưa bị xâm nhập bởi nước thải luyện kim hay hóa chất độc hại.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm kiểm soát và phục hồi chất lượng nước mặt tại khu vực trung tâm thị xã Phổ Yên:

Thứ nhất, quy hoạch và xây dựng hệ thống thu gom, xử lý nước thải đô thị tập trung. Ủy ban nhân dân thị xã Phổ Yên cần phối hợp cùng Sở Xây dựng triển khai dự án trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất thiết kế 5.000 đến 10.000 m3/ngày đêm tại khu vực trung tâm. Mục tiêu cụ thể là giảm ít nhất 50% tải lượng COD và BOD5 phát thải vào hệ thống thủy vực trước năm 2022 và nâng tỷ lệ thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt đạt quy chuẩn lên 80% vào năm 2025.

Thứ hai, chuẩn hóa công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi và nông nghiệp. Phòng Kinh tế phối hợp cùng Trạm Khuyến nông thị xã vận động, hỗ trợ kỹ thuật để 100% hộ chăn nuôi quy mô từ 10 con lợn hoặc 100 con gia cầm trở lên phải xây dựng hầm biogas hoặc áp dụng đệm lót sinh học giai đoạn 2019 - 2021. Đồng thời, thiết lập các bể chứa bê tông chuyên dụng tại các cánh đồng thuộc 4 phường để thu gom 100% bao bì, vỏ chai thuốc bảo vệ thực vật, chấm dứt tình trạng vứt bừa bãi ra kênh mương.

Thứ ba, thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và siết chặt công tác thanh tra môi trường. Phòng Tài nguyên và Môi trường thị xã Phổ Yên chủ trì lắp đặt các trạm quan trắc tự động liên tục tại suối Rẽo và kênh Núi Cốc, thực hiện quan trắc định kỳ 4 lần mỗi năm. Đội Cảnh sát Môi trường cần tăng cường kiểm tra đột xuất 100% các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ y tế, xử phạt nghiêm minh các hành vi xả thải lén lút vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.

Thứ tư, áp dụng công cụ kinh tế và đẩy mạnh truyền thông nâng cao nhận thức cộng đồng. Ban Quản lý Môi trường và Đô thị thị xã triển khai thu triệt để phí bảo vệ môi trường đối với nước thải theo Nghị định 25/2013/NĐ-CP để tái đầu tư cho hạ tầng tiêu thoát nước. Ban Tuyên giáo phối hợp cùng Đoàn Thanh niên và Ủy ban nhân dân 4 phường tổ chức định kỳ 12 đợt tuyên truyền mỗi năm, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ hộ dân tự giác phân loại rác tại nguồn và cam kết không vứt rác xuống lòng kênh, hồ lên mức 95% vào năm 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

Thứ nhất, các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (UBND thị xã Phổ Yên, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Ban Quản lý Môi trường và Đô thị): Luận văn cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực chứng và bản đồ đánh giá tải lượng ô nhiễm hữu cơ, giúp các nhà quản lý xây dựng kế hoạch phân bổ nguồn nước, cấp phép xả thải và quy hoạch mạng lưới thoát nước đô thị sát thực tế.

Thứ hai, các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường và Quản lý Đất đai: Tài liệu cung cấp quy trình phương pháp luận chuẩn mực về tích hợp phân tích lý hóa hiện trường với điều tra xã hội học định lượng, là tài liệu tham khảo chất lượng cho các nghiên cứu về đánh giá tác động môi trường tại các đô thị đang chuyển đổi cơ cấu kinh tế.

Thứ ba, ban quản lý các cụm công nghiệp, cơ sở kinh doanh dịch vụ và chủ trang trại chăn nuôi trên địa bàn: Giúp các chủ nguồn thải nhận diện rõ hiện trạng tiếp nhận nước thải của khu vực, từ đó chủ động đầu tư hệ thống xử lý nội bộ đạt chuẩn trước khi đấu nối xả thải vào nguồn nước mặt chung.

Thứ tư, các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư địa phương: Cung cấp thông tin minh bạch về rủi ro ô nhiễm nguồn nước, làm cơ sở để cộng đồng thực hiện quyền giám sát xã hội và tham gia tích cực vào các phong trào bảo vệ dòng sông quê hương.

Câu hỏi thường gặp

Hiện trạng chất lượng nước mặt tại trung tâm thị xã Phổ Yên đang ở mức độ nào?

Nguồn nước mặt khu vực này đang bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng nhưng các chỉ tiêu kim loại nặng vẫn an toàn. Phân tích thực nghiệm cho thấy 85,7% mẫu đợt 1 và 100% mẫu đợt 2 có chỉ số BOD5 vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1, với giá trị cao nhất lên tới 147,20 mg/l tại hồ Đài tưởng niệm, đòi hỏi phải có biện pháp can thiệp khẩn cấp.

Nguồn thải nào gây ô nhiễm chính cho nguồn nước mặt tại địa phương?

Nguồn ô nhiễm chính xuất phát từ nước thải sinh hoạt đô thị và chất thải chăn nuôi chưa qua xử lý xả thẳng vào dòng chảy. Kết quả điều tra 120 hộ dân chỉ ra hơn 80% lượng chất thải hữu cơ sinh hoạt và nước rửa chuồng trại nông hộ đổ trực tiếp ra các kênh mương, ao hồ tĩnh lân cận, gây tích tụ bùn đáy và bốc mùi hôi thối.

Nước sông Công và kênh Núi Cốc có đủ điều kiện phục vụ sinh hoạt trực tiếp không?

Nước sông Công và kênh Núi Cốc hoàn toàn không đủ tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt trực tiếp. Dù nồng độ kim loại thấp nhưng chỉ số COD dao động từ 18,50 đến 66,00 mg/l và BOD5 từ 14,80 đến 52,80 mg/l, chỉ đáp ứng mục đích tưới tiêu nông nghiệp loại B1. Nếu muốn khai thác cho sinh hoạt, bắt buộc phải qua các công nghệ xử lý khử trùng và lắng lọc hiện đại.

Các kim loại nặng trong nước mặt tại khu vực nghiên cứu có vượt ngưỡng nguy hại không?

Tất cả các chỉ tiêu kim loại nặng quan trắc đều nằm sâu trong ngưỡng an toàn cho phép theo tiêu chuẩn quốc gia. Cụ thể, hàm lượng sắt dao động từ 0,01 đến 0,30 mg/l (giới hạn 1,5 mg/l), kẽm từ 0,02 đến 0,50 mg/l (giới hạn 1,5 mg/l) và mangan từ 0,01 đến 0,08 mg/l (giới hạn 0,5 mg/l), chứng minh nguồn nước chưa bị nhiễm độc kim loại công nghiệp nặng.

Cộng đồng dân cư có thể thực hiện những hành động thiết thực nào để bảo vệ nguồn nước?

Người dân cần chủ động lắp đặt hầm biogas xử lý triệt để phân gia súc, tuyệt đối không xả rác và nước thải giặt giũ chưa qua lắng lọc xuống suối Rẽo, ao hồ. Đồng thời, các hộ nông nghiệp phải thu gom 100% bao bì thuốc bảo vệ thực vật vào bể chứa quy định và tích cực tham gia các ngày hội vệ sinh môi trường định kỳ.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt tại 4 phường trung tâm thị xã Phổ Yên thông qua 14 mẫu quan trắc tại 7 vị trí đại diện và 120 phiếu điều tra xã hội học.
  • Xác định rõ tình trạng ô nhiễm hữu cơ và suy giảm oxy hòa tan nghiêm trọng tại các ao hồ, kênh rạch nội thị với chỉ số BOD5 vượt chuẩn lên tới 147,20 mg/l và COD đạt 184,00 mg/l.
  • Chứng minh các thông số kim loại nặng, pH và anion vô cơ vẫn nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1, khẳng định nguồn nước chưa bị ô nhiễm hóa chất công nghiệp độc hại.
  • Chỉ rõ nguồn gây ô nhiễm chủ yếu xuất phát từ nước thải sinh hoạt đô thị và chất thải chăn nuôi chưa qua xử lý trong quá trình phát triển kinh tế nhanh chóng với hơn 75.947 lao động doanh nghiệp FDI.
  • Đề xuất hệ sinh thái 4 giải pháp đồng bộ về hạ tầng xử lý nước thải, chuẩn hóa kỹ thuật chăn nuôi, quan trắc tự động và công cụ kinh tế môi trường theo lộ trình 2019 - 2025.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã lượng hóa chi tiết mức độ ô nhiễm hữu cơ theo hai mùa khô - mưa và cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch đô thị môi trường. Kế hoạch tiếp theo đòi hỏi chính quyền địa phương triển khai ngay việc xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung giai đoạn 2020 - 2022. Quý bạn đọc, nhà khoa học và các cơ quan quản lý môi trường hãy nghiên cứu toàn văn công trình thạc sĩ khoa học môi trường này để khai thác hệ thống dữ liệu chi tiết và áp dụng các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước vào thực tiễn quản lý địa phương.