Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động chế biến nông sản tại vùng cao Tây Bắc đang ghi nhận những bước chuyển mình mạnh mẽ, trong đó nghề sản xuất miến dong tại xã Sơn Bình, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu là điểm sáng kinh tế với tổng doanh thu đạt khoảng 81 tỷ đồng trong năm 2022. Toàn xã có 275 hộ gia đình trực tiếp tham gia sản xuất miến dong và tinh bột, phân bố tập trung tại ba bản trọng điểm là Tân Hợp, Nậm Dê và Chu Va 6. Diện tích trồng cây dong riềng nguyên liệu trên địa bàn đạt 15,6 ha với sản lượng thu hoạch 889,2 tấn củ tươi năm 2022, cung ứng nguồn nguyên liệu tại chỗ để các xưởng chế biến xuất xưởng đều đặn từ 8 đến 10 tấn miến thành phẩm mỗi ngày. Tuy nhiên, sự tăng trưởng kinh tế nhanh chóng đang tạo ra áp lực nặng nề lên môi trường sinh thái địa phương. Quy trình chế biến tinh bột và miến dong tiêu tốn lượng nước rất lớn, dao động từ 25 đến 40 m3 cho mỗi tấn sản phẩm, và phát sinh lượng nước thải tương đương chiếm 80% đến 90% tổng lượng nước cấp. Phần lớn lượng nước thải giàu hữu cơ này bị xả thẳng ra các mương thoát nước và suối Nậm Dê mà không qua xử lý đạt chuẩn. Thực trạng trên làm nước mặt bị ô nhiễm nghiêm trọng, bốc mùi hôi thối và đe dọa trực tiếp đến đời sống dân sinh. Nghiên cứu này được tiến hành từ tháng 11 năm 2022 đến tháng 6 năm 2023 nhằm đánh giá hiện trạng quản lý và chất lượng nước thải tại các cơ sở trên địa bàn. Luận văn hướng đến mục tiêu xác định mức độ ô nhiễm, nhận diện các bất cập trong quản trị môi trường và đề xuất giải pháp khả thi, tạo tiền đề để xã Sơn Bình hoàn thành tiêu chí môi trường số 17 nhằm sớm được công nhận là làng nghề truyền thống theo Nghị định 52/2018/NĐ-CP.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng ba lý thuyết chủ đạo: Lý thuyết Quản lý môi trường làng nghề, Lý thuyết Sản xuất sạch hơn và Lý thuyết Phát triển bền vững trong kinh tế nông nghiệp nông thôn. Khung phân tích được thiết lập dựa trên mô hình Đầu vào - Quy trình - Phát thải - Quản lý nhằm xem xét toàn diện vòng đời sản phẩm miến dong từ khâu tiêu thụ tài nguyên đến khi xả thải ra môi trường tiếp nhận.

Bốn khái niệm cốt lõi được định hình và sử dụng xuyên suốt nghiên cứu: Thứ nhất, nước thải chế biến nông sản thực phẩm là nguồn nước thải công nghệ phát sinh từ công đoạn rửa củ dong, tách bã và ngâm lắng tinh bột, mang đặc tính chung là giàu cặn lắng và chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Thứ hai, tải lượng ô nhiễm hữu cơ được đo lường qua hai thông số tiêu chuẩn là nhu cầu oxy sinh học BOD5 và nhu cầu oxy hóa học COD. Thứ ba, tiêu chí môi trường làng nghề được xác định dựa trên Điều 5 Nghị định 52/2018/NĐ-CP và Luật Bảo vệ Môi trường 2020, quy định tỷ lệ tối thiểu 20% số hộ tham gia sản xuất và phải có phương án thu gom, xử lý nước thải đạt quy chuẩn kỹ thuật. Thứ tư, phương pháp đánh giá ma trận điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức giúp nhận diện năng lực tổ chức quản lý môi trường cấp xã.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tam Đường cùng phương pháp khảo sát thực địa sơ cấp. Cỡ mẫu xã hội học gồm 30 hộ gia đình chế biến miến dong tại ba bản Tân Hợp, Nậm Dê và Chu Va 6, kết hợp phỏng vấn sâu 5 cán bộ chuyên môn phụ trách lĩnh vực môi trường cấp huyện, cán bộ địa chính xã và 3 trưởng bản. Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được áp dụng để đảm bảo tính đại diện, phân chia thành hai nhóm: quy mô nhỏ dưới 2 tấn sản phẩm mỗi mẻ và quy mô lớn trên 2 tấn sản phẩm mỗi mẻ. Lý do lựa chọn phương pháp này là nhằm phản ánh khách quan sự khác biệt về lượng nước sử dụng và công nghệ xả thải giữa các hộ gia đình.

Về phương pháp phân tích chất lượng nước, tác giả cùng cán bộ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lai Châu tiến hành 4 đợt lấy mẫu thực địa từ tháng 11 năm 2022 đến tháng 6 năm 2023. Hệ thống quan trắc gồm 4 điểm nước thải đại diện từ bể ngâm, bể lắng yếm khí đến kênh xả chung và 3 điểm nước mặt tiếp nhận tại suối Nậm Dê cùng ao sinh thái. Quy trình lấy mẫu và bảo quản tuân thủ nghiêm ngặt TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995. Các chỉ tiêu gồm pH xác định theo TCVN 6492:2011, COD đo theo SMEWW 5220, oxy hòa tan DO đo bằng phương pháp Winkler và tổng chất rắn lơ lửng TSS đo theo TCVN 6625:2000. Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel và đối chiếu trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT cột B và QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích dữ liệu thực tế tại xã Sơn Bình chỉ ra bốn phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, quy mô sản xuất lớn tạo ra lưu lượng xả thải khổng lồ. Với 275 hộ chế biến, xã cung cấp ra thị trường khoảng 1.473,05 tấn miến mỗi tháng và 672 tấn tinh bột mỗi tháng. Do mỗi tấn thành phẩm đòi hỏi lượng nước cấp từ 25 đến 40 m3, lượng nước thải công nghệ phát sinh hàng ngày lên đến hàng trăm mét khối và thoát trực tiếp ra hệ thống mương thủy lợi.

Thứ hai, mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng trong dòng thải ở mức báo động. Nước thải từ công đoạn tinh chế lắng bột có chỉ số COD trung bình đạt 10.000 mg/l, BOD5 đạt 7.000 mg/l và TSS đạt khoảng 3.000 mg/l. Ngay cả dòng nước rửa củ sơ bộ cũng có nồng độ COD lên tới 1.500 mg/l và TSS đạt 1.200 mg/l. Các chỉ số này vượt quy chuẩn xả thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT từ hàng chục đến hàng trăm lần. Môi trường nước thải có độ pH thấp, dao động từ 5,7 đến 6,0, kích thích mạnh mẽ quá trình lên men chua.

Thứ ba, phụ phẩm chất thải rắn phát sinh với khối lượng lớn nhưng chưa có quy trình thu gom hợp lý. Trung bình 1 tấn củ dong tươi tạo ra 0,45 tấn chất thải rắn, gồm 5% vỏ củ tạp chất và 15% đến 20% bã xơ. Bã dong chứa lượng nước nội tại cao tới 88,9%, làm cho quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra nhanh chóng, giải phóng các khí độc gây mùi hôi như hydro sunfua H2S, metan CH4 và amoniac NH3.

Thứ tư, nguồn nước mặt tiếp nhận tại suối Nậm Dê bị suy thoái chất lượng rõ rệt. So với mẫu nước tại vị trí thượng lưu cách điểm xả thải 100 mét, mẫu nước tại vùng tiếp nhận ghi nhận nồng độ oxy hòa tan DO giảm sâu xuống dưới 3 mg/l, trong khi nồng độ COD và TSS tăng đột biến, làm mất đi khả năng tự làm sạch tự nhiên của dòng suối.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng ô nhiễm xuất phát từ việc các cơ sở sản xuất có mặt bằng hạn chế, diện tích nhà xưởng chỉ từ 85 đến 420 m2 và nằm xen kẽ hoàn toàn trong các khu dân cư. Có tới 100% cơ sở chưa trang bị công trình xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn mà chỉ sử dụng các hố lắng thô sơ hoặc xả tràn cùng nước thải sinh hoạt. Khi đối chiếu với các nghiên cứu tương tự tại làng nghề Minh Hồng huyện Ba Vì hoặc làng nghề Dương Liễu thành phố Hà Nội, đặc tính nước thải miến dong Sơn Bình có sự tương đồng lớn về tải lượng hữu cơ cực cao và sự hiện diện của hợp chất pectin cản trở quá trình lắng cặn cơ học.

Các kết quả phân tích trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua một biểu đồ cột so sánh nồng độ COD, BOD5 và TSS giữa hai dòng thải rửa củ và lọc bột với ngưỡng giới hạn quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT. Đồng thời, một bảng cân bằng vật chất thể hiện tỷ lệ chuyển đổi từ 1 tấn củ dong tươi sang dòng chất thải rắn và lỏng sẽ phản ánh rõ ràng mức độ thất thoát nguyên liệu, cung cấp cơ sở vững chắc cho việc thiết kế các công trình xử lý sinh học.

Đề xuất và khuyến nghị

Trên cơ sở phân tích thực trạng, luận văn kiến nghị hệ thống bốn giải pháp can thiệp đồng bộ:

Giải pháp một: Củng cố bộ máy quản lý và thiết lập quy chế bảo vệ môi trường làng nghề. Ủy ban nhân dân xã Sơn Bình cần thành lập Tổ tự quản bảo vệ môi trường trong quý II năm 2024 nhằm tăng cường kiểm tra các cơ sở, bảo đảm 100% cơ sở sản xuất ký cam kết không xả thải trực tiếp chưa qua lắng lọc trước mùa vụ chế biến cuối năm 2024.

Giải pháp hai: Ứng dụng kỹ thuật xử lý sinh học kết hợp hầm ủ Biogas. Các hộ gia đình cần đầu tư cụm công trình gồm bể lắng sơ cấp, hầm Biogas yếm khí và bể lọc sinh học bổ sung chế phẩm vi sinh bản địa. Mục tiêu kỹ thuật đặt ra là cắt giảm từ 70% đến 80% chỉ số COD và BOD5 trước khi xả thải ra môi trường tự nhiên, triển khai từng bước trong giai đoạn 2024 đến 2025 dưới sự hỗ trợ kỹ thuật của cơ quan chức năng.

Giải pháp ba: Tận dụng và tái chế toàn bộ lượng bã thải dong riềng. Hợp tác xã và các hộ dân cần áp dụng quy trình ủ men vi sinh chuyển đổi 100% lượng bã dong thành phân bón hữu cơ sinh học để bón lại cho 15,6 ha diện tích trồng dong riềng của địa phương. Giải pháp này giúp cắt giảm 85% mùi hôi phát tán và mang lại lợi ích kinh tế tuần hoàn.

Giải pháp bốn: Tạo lập nguồn quỹ tài chính và tổ chức quan trắc chất lượng nước định kỳ. Chính quyền địa phương cần huy động mức đóng góp từ 1% đến 2% lợi nhuận của các cơ sở sản xuất quy mô lớn để lập quỹ bảo vệ môi trường, dùng cho việc nạo vét mương rãnh. Đồng thời, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tam Đường cần tiến hành quan trắc nước thải định kỳ 2 lần mỗi năm bắt đầu từ quý III năm 2024.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

Nhóm cán bộ quản lý môi trường cấp huyện và xã: Cán bộ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tam Đường cùng Ủy ban nhân dân xã Sơn Bình có thể sử dụng các số liệu thực chứng của luận văn để xây dựng quy hoạch làng nghề, đánh giá tiêu chí số 17 về môi trường và hoàn thiện hồ sơ công nhận làng nghề truyền thống theo Nghị định 52/2018/NĐ-CP.

Nhóm các chủ cơ sở và hợp tác xã sản xuất miến dong: Hơn 275 hộ gia đình sản xuất tại địa phương có thể tra cứu các định mức tiêu hao nước để tối ưu hóa quy trình rửa củ từ mức 40 m3 xuống ngưỡng hợp lý, đồng thời tiếp cận quy trình ủ phân hữu cơ từ bã thải nhằm gia tăng thu nhập phụ trợ.

Nhóm các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học: Luận văn là nguồn tư liệu học thuật giá trị cho chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường nhờ khung phương pháp luận kết hợp chặt chẽ giữa điều tra xã hội học với phân tích hóa lý hiện trường.

Nhóm các chuyên gia phát triển nông thôn và tư vấn sản phẩm OCOP: Tài liệu cung cấp góc nhìn thực tiễn về chuỗi cung ứng nông sản bền vững, giúp các chuyên gia thiết kế các dự án can thiệp sinh kế gắn liền với tiêu chuẩn sản xuất xanh cho sản phẩm miến dong vùng Tây Bắc.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải chế biến miến dong tại Sơn Bình chứa những chất gây ô nhiễm chính nào? Nước thải phát sinh mang tính axit với pH từ 5,7 đến 6,0, chứa tải lượng hữu cơ cực cao với COD lên tới 10.000 mg/l, BOD5 đạt 7.000 mg/l và tổng chất rắn lơ lửng TSS khoảng 3.000 mg/l. Dòng thải còn chứa nhiều tinh bột mịn và hợp chất pectin hòa tan, gây hiện tượng lên men chua và phát sinh mùi hôi nồng nặc.

Tại sao nồng độ COD và BOD5 trong nước thải miến dong lại cao gấp hàng chục lần quy chuẩn? Nguyên nhân do quá trình nghiền, ép và tinh lọc củ dong riềng đã giải phóng một lượng lớn tinh bột tự do cùng các hợp chất đường hòa tan vào dòng nước. Các hợp chất cacbohydrat này có khả năng phân hủy sinh học rất mạnh, tiêu hao phần lớn oxy hòa tan trong nước và làm gia tăng đột biến các chỉ số ô nhiễm hữu cơ.

Khối lượng bã thải dong riềng phát sinh ảnh hưởng như thế nào đến môi trường địa phương? Cứ mỗi tấn củ dong tươi đưa vào sản xuất sẽ thải ra khoảng 0,45 tấn chất thải rắn với độ ẩm tự nhiên của bã dong lên tới 88,9%. Lượng bã thải hữu cơ khổng lồ này khi tồn ứ ngoài trời sẽ nhanh chóng phân hủy yếm khí, bốc mùi hôi thối chứa khí H2S và làm phát sinh các vi sinh vật gây hại.

Luận văn đã sử dụng phương pháp nào để bảo đảm tính chuẩn xác của các số liệu phân tích? Tác giả đã phối hợp cùng Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lai Châu lấy mẫu theo TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995. Quá trình thí nghiệm tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn quốc gia gồm SMEWW 5220 để đo COD, phương pháp Winkler xác định DO và TCVN 6625:2000 phân tích TSS nhằm bảo đảm độ tin cậy tuyệt đối.

Xã Sơn Bình cần thỏa mãn những tiêu chí môi trường nào để được công nhận làng nghề? Căn cứ Điều 5 Nghị định 52/2018/NĐ-CP, xã phải có tối thiểu 20% tổng số hộ tham gia làm nghề, duy trì hoạt động ổn định trên 2 năm và đáp ứng đầy đủ điều kiện bảo vệ môi trường. Các cơ sở bắt buộc phải có phương án thu gom, xử lý nước thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT và xử lý triệt để chất thải rắn.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh chất thải tại 275 hộ chế biến miến dong tại xã Sơn Bình, nơi đóng góp giá trị kinh tế trên 81 tỷ đồng trong năm 2022.
  • Nghiên cứu định lượng chính xác tải lượng ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng trong nước thải với chỉ số COD đạt 10.000 mg/l, BOD5 đạt 7.000 mg/l và tỷ lệ phát sinh chất thải rắn lên tới 0,45 tấn trên mỗi tấn củ nguyên liệu.
  • Đề tài phân tích rõ những rào cản trong công tác quản lý môi trường tại chỗ do quy mô sản xuất nhỏ lẻ, nhà xưởng phân tán trong khu dân cư và sự thiếu vắng hạ tầng thoát nước riêng biệt.
  • Kết quả khảo sát thực nghiệm tại 4 điểm nước thải và 3 điểm nước mặt cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học khẳng định sự suy giảm nghiêm trọng của chất lượng nước suối Nậm Dê.
  • Luận văn đề xuất lộ trình 4 giải pháp đồng bộ về thể chế, tài chính và công nghệ sinh học xử lý nước thải, ủ phân vi sinh cho giai đoạn 2024 đến 2025.

Chính quyền địa phương và các chủ cơ sở sản xuất cần nhanh chóng ứng dụng các kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn quản lý nhằm tháo gỡ điểm nghẽn môi trường, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững thương hiệu miến dong Sơn Bình.