Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đóng vai trò then chốt trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp, đặc biệt là sau khi gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO). Cùng với sự chuyển dịch cơ cấu cây trồng, vật nuôi sang hướng phát triển bền vững và mở rộng quy mô trang trại, nhu cầu về thức ăn chăn nuôi công nghiệp gia tăng mạnh mẽ. Nhiều nhà máy chế biến quy mô lớn được thành lập nhằm đáp ứng thị trường nội địa và giảm tải sự phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu. Tuy nhiên, hoạt động chế biến thức ăn chăn nuôi quy mô công nghiệp luôn đi kèm các tác động tiềm tàng đến chất lượng môi trường xung quanh, đặc biệt là nguồn nước tiếp nhận.
Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hương Canh thuộc Công ty Cổ phần Japfa Comfeed Việt Nam (doanh nghiệp 100% vốn đầu tư từ Indonesia với tổng vốn trên 50 triệu USD) đặt tại thị trấn Hương Canh, huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc. Tiền thân của cơ sở này thuộc Tổng công ty Chăn nuôi Việt Nam, được chuyển nhượng lại vào năm 1999 và chính thức vận hành lại từ năm 2000 với công suất ban đầu 10.000 tấn/năm. Qua nhiều giai đoạn nâng cấp, thay thế dây chuyền công nghệ Nam Tư cũ bằng công nghệ tự động hóa của Mỹ và Hà Lan, công suất nhà máy đã tăng lên 40.000 tấn/năm (2001), 110.000 tấn/năm (2005) và đạt 185.000 tấn/năm vào năm 2011. Trước áp lực gia tăng công suất sản xuất song hành với yêu cầu kiểm soát dòng thải công nghiệp, khóa luận tập trung nghiên cứu thực trạng phát sinh và xử lý nước thải của nhà máy.
Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:
- Giới thiệu tổng quan về lịch sử hình thành, mặt bằng và dây chuyền công nghệ của Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hương Canh.
- Đánh giá hiện trạng phát sinh và chất lượng nguồn nước thải, nước mặt tiếp nhận liên quan đến hoạt động sản xuất của Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hương Canh.
- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý môi trường nhằm tăng cường hiệu quả bảo vệ môi trường nước cho cơ sở sản xuất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất, nước thải sinh hoạt, nước mưa chảy tràn và chất lượng nước mặt khu vực xung quanh Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hương Canh.
- Phạm vi không gian: Khuôn viên nhà máy tại thị trấn Hương Canh, huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc với tổng diện tích 84.484 m² (khu vực hiện hữu 35.526 m² và khu vực dự trữ 48.958 m²); các điểm xả thải và điểm quan trắc nguồn tiếp nhận (sông Tranh, ao thôn Đồng Sậu, nhánh sông Cà Lồ).
- Phạm vi thời gian: Đề tài tiến hành thu thập số liệu, khảo sát và phân tích thực địa từ ngày 07/08/2017 đến ngày 20/12/2017; đợt lấy mẫu hiện trường được thực hiện từ ngày 20/09/2017 đến ngày 27/09/2017.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học về tài nguyên nước, các chỉ tiêu hóa lý - sinh học đánh giá chất lượng nước, kết hợp với hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường hiện hành tại Việt Nam:
Khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật:
- Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 (thông qua ngày 23/06/2014, có hiệu lực từ ngày 01/01/2015), trọng tâm tại các Điều 99, 100, 101 về quản lý, thu gom và xử lý nước thải.
- Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật năm 2006; Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 01/08/2007 quy định chi tiết thi hành Luật.
- Nghị định số 80/2014/NĐ-CP về thoát nước và xử lý nước thải; Thông tư số 04/2015/TT-BXD hướng dẫn thi hành.
- Nghị định số 149/2004/NĐ-CP về việc cấp phép thăm dò, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, xả thải vào nguồn nước.
- Nghị định số 25/2013/NĐ-CP và Thông tư liên tịch số 63/2013/TTLT-BTC-BTNMT về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
- Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước; Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT quy định quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường.
- QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) và QCVN 08:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt - Cột B1).
Phương pháp nghiên cứu thực tế:
- Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập số liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, quy trình công nghệ, hồ sơ cấp phép và số liệu quan trắc định kỳ từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc.
- Phương pháp khảo sát, liệt kê: Thống kê các công đoạn sản xuất, dây chuyền máy móc và xác định nguồn gốc, lưu lượng phát sinh từng dòng thải (nước thải sản xuất gián tiếp, nước thải sinh hoạt, nước làm mềm lò hơi, nước mưa chảy tràn).
- Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu: Lấy mẫu nước mặt tại 02 vị trí đặc trưng vào buổi sáng ngày 20/09/2017 bằng ống lấy mẫu Ruttner chuyên dụng (dung tích 1–3 lít) ở độ sâu 0,25 m dưới mặt nước. Chỉ tiêu pH được đo trực tiếp tại hiện trường. Mẫu phân tích TSS và BOD₅ bảo quản lạnh ở 2–5°C trong bình polyetylen tránh ánh sáng. Mẫu phân tích COD được cố định bằng dung dịch axit H₂SO₄ đến pH < 2 và bảo quản ở 2–5°C.
- Phương pháp so sánh và tính toán tải lượng: So sánh kết quả phân tích 24 thông số lý hóa và vi sinh với giới hạn quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT (cột B1); áp dụng công thức tính dòng chảy mưa bề mặt $Q = 0,278 \cdot \psi \cdot q \cdot F$ và hệ số phát thải ô nhiễm sinh hoạt bình quân của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 1993).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Tác giả nêu bật tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh công nghiệp hóa gắn liền với phát triển nông nghiệp bền vững. Phân tích quá trình phát triển của Công ty Cổ phần Japfa Comfeed Việt Nam và Nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hương Canh, từ đó xác lập 3 mục tiêu cốt lõi, yêu cầu số liệu và ý nghĩa thực tiễn của việc kiểm soát ô nhiễm nước đối với đời sống cư dân địa phương.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Chương này hệ thống hóa các khái niệm môi trường, cơ chế ô nhiễm nước, vai trò của tài nguyên nước đối với sản xuất công nghiệp và đời sống. Tác giả tổng quan bức tranh ngành thức ăn chăn nuôi trong nước và quốc tế:
- Đến năm 2016, Việt Nam có hơn 230 cơ sở sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp với tổng sản lượng 23,5 triệu tấn. Tổng nhu cầu thức ăn chăn nuôi toàn quốc giai đoạn 2015–2018 tăng từ 26,098 triệu tấn lên 28,500 triệu tấn. Ngành phụ thuộc khoảng 45–50,83% vào nguồn nguyên liệu thô nhập khẩu (nhập khẩu năm 2017 đạt gần 3,2 tỷ USD).
- Trình bày tổng quan nguồn gốc phát sinh và đặc trưng nước thải ngành thức ăn chăn nuôi: hàm lượng chất hữu cơ (BOD, COD), chất rắn lơ lửng (TSS), nitơ, photpho và dầu mỡ phát sinh từ quá trình vệ sinh thiết bị, rửa sàn xưởng, khu vực căn tin và hệ thống cấp hơi.
- Phân tích hiện trạng ô nhiễm nước trên phạm vi thế giới và các điểm nóng ô nhiễm tại lưu vực sông Hồng, sông Tô Lịch, sông Sét và khu vực công nghiệp Đông Nam Bộ.
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết tọa độ, không gian, thời gian thực hiện đề tài; chuẩn hóa quy trình phân tích và lấy mẫu nước theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2005 (Mã Vilas 329). Mô tả chi tiết kỹ thuật vận hành ống lấy mẫu Ruttner, quy trình mã hóa vị trí mẫu NM1 (nước mặt sông Tranh đoạn chảy qua công ty) và NM2 (nước mặt ao phía sau công ty).
Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương kết quả tập trung phân tích 4 nhóm nội dung chính:
- Điều kiện địa lý - tự nhiên: Nhà máy nằm trên khu đất 84.484 m² tại thị trấn Hương Canh. Địa chất gồm 3 lớp: đất trồng trọt (0,5–1 m), đất sét pha dẻo cứng màu nâu đỏ (0,5–4 m, chịu lực tốt) và sét pha dẻo mềm xám đen (5–5,5 m).
- Quy mô và công nghệ sản xuất: Nhân lực gồm 250 người (vận hành 3 ca/ngày đối với khối sản xuất, 1 ca/ngày đối với khối văn phòng, 26 ngày/tháng). Dây chuyền công nghệ gồm các công đoạn: Tiếp nhận nguyên liệu $\rightarrow$ Nghiền bi (sàng 2–5 mm) $\rightarrow$ Cân định lượng $\rightarrow$ Trộn đồng nhất (chu kỳ 4 phút) $\rightarrow$ Ép viên (hồ hóa bằng hơi nước ở 80–85°C, độ ẩm 15–18%) $\rightarrow$ Làm mát/băm mảnh $\rightarrow$ Đóng bao tự động.
- Hiện trạng sử dụng nước và dòng thải:
- Khai thác nước ngầm: 02 giếng khoan với công suất cấp phép 192 m³/ngày-đêm. Lượng sử dụng thực tế: cấp cho lò hơi 88 m³/ngày-đêm (thiết kế 130 m³/ngày-đêm), sinh hoạt 25 m³/ngày, xử lý khí thải lò hơi 2 m³/ngày-đêm.
- Nước thải sinh hoạt: Phát sinh trung bình 12,5 m³/ngày (gồm 6 m³/ngày nước đen và 11 m³/ngày nước xám theo tính toán tải lượng cực đại). Nước đen được xử lý sơ bộ qua 02 bể tự hoại 3 ngăn dung tích 7,5 m³/bể.
- Nước thải sản xuất: Công nghệ ép viên khô không phát sinh nước thải trực tiếp từ dây chuyền. Dòng thải gián tiếp gồm nước lọc bụi ướt từ hệ thống xử lý khí thải lò đốt than (~3 m³/tuần, hàm lượng TSS cao) và nước rửa dụng cụ phòng thí nghiệm (~0,5 m³/ngày).
- Nước mưa chảy tràn: Lưu lượng tính toán đạt cực đại 1,14 l/s trên lưu vực 84.484 m² với hệ số dòng chảy $\psi = 0,78$.
- Hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt tiếp nhận: Đánh giá chi tiết 24 thông số lý hóa và vi sinh của nguồn tiếp nhận xung quanh nhà máy so với QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1).
Kết quả và đóng góp
Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt xung quanh nhà máy
Kết quả phân tích 24 chỉ tiêu môi trường tại 02 vị trí nguồn tiếp nhận (NM1: sông Tranh; NM2: ao sau công ty) cho thấy có 19/24 chỉ tiêu nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép. Tuy nhiên, có 05 chỉ tiêu vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1 - dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi), phản ánh nguồn nước mặt khu vực đã có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng:
| STT |
Thông số phân tích |
Đơn vị tính |
Mẫu NM1 (Sông Tranh) |
Mẫu NM2 (Ao sau nhà máy) |
QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1) |
Mức độ vượt chuẩn |
| 1 |
pH |
- |
6,61 |
7,31 |
5,5 – 9,0 |
Đạt quy chuẩn |
| 2 |
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) |
mg/l |
121 |
179 |
50 |
Vượt 2,42 – 3,58 lần |
| 3 |
Oxy hòa tan (DO) |
mg/l |
4,2 |
4,07 |
$\ge$ 4,0 |
Đạt quy chuẩn |
| 4 |
BOD₅ (20°C) |
mg/l |
28,47 |
15,47 |
15 |
Vượt 1,03 – 1,90 lần |
| 5 |
COD |
mg/l |
46,57 |
29,42 |
30 |
Vượt 1,55 lần (tại NM1) |
| 6 |
Amoni ($NH_4^+$) |
mg/l |
0,72 |
0,80 |
0,5 |
Vượt 1,44 – 1,60 lần |
| 7 |
Phosphat ($PO_4^{3-}$) |
mg/l |
0,321 |
0,320 |
0,3 |
Vượt nhẹ (khoảng 1,07 lần) |
| 8 |
Clorua ($Cl^-$) |
mg/l |
34,6 |
31,77 |
600 |
Đạt quy chuẩn |
| 9 |
Nitrat ($NO_3^-$) |
mg/l |
0,542 |
0,226 |
10 |
Đạt quy chuẩn |
| 10 |
Kim loại nặng (As, Cd, Pb, Hg, Fe) |
mg/l |
Nằm trong ngưỡng an toàn |
Nằm trong ngưỡng an toàn |
Quy định riêng từng loại |
Đạt quy chuẩn |
| 11 |
Tổng Coliform |
MPN/100ml |
4.300 |
2.800 |
7.500 |
Đạt quy chuẩn |
Hiện trạng và các giải pháp kỹ thuật, quản lý của nhà máy
- Chuyển đổi công nghệ sản xuất hơi: Thay thế lò hơi đốt than thủ công kết hợp dầu FO cũ (nhiệt độ 800–1.000°C) bằng lò hơi tầng sôi tự động sử dụng nhiên liệu sinh khối Biomass (mùn cưa, vỏ trấu). Giải pháp này giúp tiết kiệm 40% chi phí năng lượng, giảm tải lượng khí thải độc hại từ 5–6 lần nhờ hệ thống lọc bụi hai cấp, đồng thời giảm thiểu lượng bùn tro xả thải vào nguồn nước dập bụi.
- Biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt: Vận hành hệ thống phân tách riêng dòng nước đen (xử lý kỵ khí qua 02 bể tự hoại 3 ngăn thể tích 7,5 m³/bể) và dòng nước xám qua hố ga lắng cát, bẫy mỡ trước khi xả ra mạng lưới thoát nước chung.
- Quản lý nước thải đặc thù: Thu gom riêng lượng nước dập bụi lò hơi (~3 m³/tuần) để lắng lọc tuần hoàn, tránh xả tràn tự do; nước thải rửa dụng cụ phân tích phòng kiểm nghiệm (~0,5 m³/ngày) được thu gom cùng hệ thống chất thải nguy hại theo quy định.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Số liệu quan trắc thực nghiệm trong đề tài được tiến hành thu thập trong 01 đợt lấy mẫu hiện trường (tháng 09/2017) với 02 vị trí đại diện cho nguồn nước mặt, chưa phản ánh đầy đủ diễn biến biến thiên chất lượng nước theo các chu kỳ mùa mưa và mùa khô của vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Vĩnh Phúc. Số liệu nước thải sản xuất chủ yếu dựa trên tính toán định mức và lưu lượng gián tiếp do dây chuyền ép viên không sử dụng nước trong chu trình công nghệ chính.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Cần thiết lập chương trình quan trắc môi trường định kỳ nhiều đợt trong năm đối với nguồn nước thải sau xử lý của hệ thống bể tự hoại và nước xả đáy lò hơi tầng sôi mới; mở rộng tính toán đánh giá khả năng chịu tải chi tiết của phân đoạn sông Tranh và nhánh sông Cà Lồ theo Thông tư 02/2009/TT-BTNMT.
Giá trị tham khảo
Khóa luận cung cấp nguồn tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên, học viên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Tài nguyên: Tham khảo phương pháp xây dựng báo cáo đánh giá hiện trạng môi trường chuyên ngành, quy trình lấy mẫu nước bằng ống Ruttner, kỹ thuật bảo quản mẫu theo chuẩn Vilas 329 và phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm dòng thải theo hệ số của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).
- Cán bộ quản lý môi trường tại các doanh nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi: Sử dụng các số liệu cân bằng nước cấp - nước thải, định mức tiêu thụ nước lò hơi, công nghệ chuyển đổi lò hơi sinh khối Biomass và mô hình xử lý phân dòng nước thải đen - nước thải xám làm cơ sở thiết kế, nâng cấp trạm xử lý nước thải nội bộ.
Câu hỏi thường gặp
1. Nhu cầu khai thác và sử dụng nước thực tế của Nhà máy Hương Canh là bao nhiêu?
Nhà máy được cấp phép khai thác nước ngầm từ 02 giếng khoan với công suất tối đa 192 m³/ngày-đêm. Lượng nước sử dụng thực tế gồm: 88 m³/ngày-đêm cấp cho lò hơi sản xuất (công suất thiết kế tối đa là 130 m³/ngày-đêm), 25 m³/ngày phục vụ nhu cầu sinh hoạt và vệ sinh, 2 m³/ngày-đêm phục vụ hệ thống xử lý khí thải lò hơi.
2. Nước thải sản xuất tại nhà máy phát sinh từ những công đoạn cụ thể nào?
Do quy trình ép viên thức ăn chăn nuôi áp dụng công nghệ tạo ẩm bằng hơi nước khép kín, nhà máy không phát sinh nước thải trực tiếp từ dây chuyền sản xuất chính. Nước thải sản xuất phát sinh gián tiếp từ 2 nguồn: hệ thống lọc bụi ướt của lò đốt (khoảng 3 m³/tuần, chứa nhiều tro bụi và TSS) và hoạt động rửa dụng cụ phòng thí nghiệm (khoảng 0,5 m³/ngày).
3. Vì sao các chỉ tiêu TSS, BOD₅, COD và Amoni tại nguồn nước mặt xung quanh lại vượt chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT?
Kết quả phân tích cho thấy TSS vượt từ 2,42 đến 3,58 lần, BOD₅ vượt từ 1,03 đến 1,90 lần, COD vượt 1,55 lần (tại NM1) và Amoni vượt từ 1,44 đến 1,60 lần so với Cột B1. Nguyên nhân do nguồn tiếp nhận (sông Tranh và ao sau nhà máy) tiếp nhận đồng thời nước mưa chảy tràn bề mặt, dòng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để của khu dân cư thôn Đồng Sậu lân cận và các cơ sở công nghiệp xung quanh.
4. Nhà máy áp dụng phương án kỹ thuật nào để thay thế lò hơi đốt than cũ?
Nhà máy chuyển đổi sang lò hơi công nghệ tầng sôi sử dụng nhiên liệu Biomass (mùn cưa, vỏ trấu). Công nghệ này vận hành cấp liệu tự động bằng vít tải, khoang đốt sơ cấp đạt 850°C, tích hợp hệ thống thu bụi 2 cấp giúp giảm phát thải độc hại từ 5–6 lần và tiết kiệm tới 40% chi phí năng lượng so với lò hơi đốt than thủ công cũ.
Kết luận
Khóa luận đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý luận, hồ sơ pháp lý và quy trình công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi công suất 185.000 tấn/năm của Nhà máy Hương Canh (Công ty Japfa Comfeed Việt Nam). Dữ liệu thực nghiệm xác định rõ đặc thù phát sinh dòng thải gián tiếp từ lò hơi, phòng thí nghiệm và sinh hoạt, đồng thời chỉ ra 05 thông số nước mặt vượt ngưỡng QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1). Các giải pháp kỹ thuật về chuyển đổi lò hơi tầng sôi Biomass và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải phân dòng được đề xuất mang tính khả thi cao, góp phần bảo đảm an toàn môi trường nước cho khu vực huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc.
