Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam đã thúc đẩy sự hình thành của 283 khu công nghiệp trên diện tích khoảng 80.000 ha, kéo theo tổng lưu lượng nước thải phát sinh trên toàn quốc vượt mức 600.000 m3/ngày đêm. Tại tỉnh Thái Bình, sự chuyển dịch mạnh mẽ cơ cấu kinh tế theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp và xây dựng đã dẫn đến tổng lượng nước thải công nghiệp đạt khoảng 10.000 m3/ngày đêm, chiếm tới 20% tổng sản lượng tiêu thụ nước sạch của toàn tỉnh. Mặc dù đóng vai trò động lực cho phát triển kinh tế vùng đồng bằng sông Hồng, các khu công nghiệp tại địa phương đang tạo ra áp lực rất lớn lên hệ thống thủy vực tiếp nhận như sông Bạch, sông Sa Lung và sông Long Hầu do sự bất cập trong hạ tầng kiểm soát môi trường.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự thiếu đồng bộ giữa tốc độ lấp đầy dự án sản xuất và tiến độ đầu tư xây dựng các trạm xử lý nước thải tập trung. Mục tiêu cụ thể của công trình là khảo sát toàn diện hiện trạng phát sinh, đánh giá hiệu quả vận hành của công nghệ xử lý nước thải hiện hữu tại 7 khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Bình, đồng thời đi sâu phân tích trạm xử lý tập trung công suất 4.300 m3/ngày đêm phục vụ liên khu công nghiệp Nguyễn Đức Cảnh và Phúc Khánh B. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại địa bàn tỉnh Thái Bình với dữ liệu quan trắc thực địa và thống kê chuyên sâu trong giai đoạn năm 2012 đến 2013. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp cơ sở kỹ thuật nhằm nâng cấp chất lượng nước xả thải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT Cột A, hỗ trợ kiểm soát 100% nguồn thải công nghiệp phát sinh và bảo vệ nguồn nước sinh hoạt, tưới tiêu cho hơn 1,7 triệu người dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh thái công nghiệp và nguyên lý cộng sinh công nghiệp, lấy hình mẫu từ khu công nghiệp Kalundborg của Đan Mạch hình thành từ năm 1972 và mô hình khu công nghiệp sinh thái Map Ta Phut tại Thái Lan có quy mô 2.000 ha với 89 nhà máy liên kết. Lý thuyết này chỉ ra rằng dòng thải của ngành công nghiệp này hoàn toàn có thể trở thành nguyên liệu đầu vào cho ngành công nghiệp khác nhằm giảm thiểu tải lượng xả thải ra môi trường tự nhiên.

Song song với đó, nghiên cứu áp dụng lý thuyết công nghệ xử lý nước thải đa bậc kết hợp giữa cơ học, hóa lý và sinh học. Các khái niệm học thuật cốt lõi được sử dụng xuyên suốt gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD) đại diện cho hàm lượng chất hữu cơ cần oxy hóa hóa học; Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) phản ánh lượng chất hữu cơ bị phân hủy sinh học trong 5 ngày ở 20 độ C; Tổng chất rắn lơ lửng (TSS); và Hệ thống xử lý nước thải tập trung (HTXLNTTT). Nền tảng pháp lý và kỹ thuật tham chiếu trực tiếp gồm Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm số liệu thứ cấp thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình, Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Thái Bình cùng các báo cáo đánh giá tác động môi trường của từng dự án thành phần. Dữ liệu sơ cấp được xác lập thông qua hoạt động điều tra thực địa và quan trắc môi trường theo tiêu chuẩn TCVN 5999:1995.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế với quy trình lấy mẫu liên tục trong 3 ngày liên tiếp, mỗi ngày thu mẫu 2 lần tại các cửa xả trước và sau hệ thống xử lý, tạo thành bộ mẫu hỗn hợp gồm tối thiểu 6 mẫu đơn lẻ tại mỗi vị trí quan sát để xác định giá trị trung bình đại diện. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp có trọng số theo lưu lượng tại độ sâu 20 cm dưới mặt nước nhằm đảm bảo tính khách quan và hạn chế hiện tượng biến thiên tải lượng tức thời. Các mẫu sau khi thu thập được bảo quản nghiêm ngặt ở nhiệt độ 4 độ C, riêng mẫu phân tích COD, Tổng Nitơ và Tổng Photpho được axit hóa về pH dưới 2 bằng H2SO4 nhằm ức chế hoạt động vi sinh.

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm được lựa chọn theo các tiêu chuẩn quốc gia có độ chính xác cao: TCVN 6491:1999 đối với chỉ tiêu COD, TCVN 6001:2008 cho BOD5, TCVN 6425:2000 cho TSS, TCVN 6498:1999 cho Tổng Nitơ và TCVN 6202:2008 cho Tổng Photpho. Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp này nhằm đảm bảo tính pháp lý, độ tin cậy thực nghiệm cao và khả năng so sánh định lượng trực tiếp với các tiêu chuẩn môi trường quốc gia trong khung thời gian hoàn thành đề tài vào tháng 12 năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hạ tầng xử lý nước thải tại các khu công nghiệp tỉnh Thái Bình phát triển không đồng đều và có độ trễ lớn so với tỷ lệ lấp đầy. Trong tổng số 7 khu công nghiệp được quy hoạch với 767,796 tỷ đồng vốn đầu tư hạ tầng đã thực hiện tính đến tháng 6 năm 2012, chỉ có 2 khu công nghiệp là Phúc Khánh và Nguyễn Đức Cảnh đã vận hành hệ thống xử lý nước thải tập trung. Các khu công nghiệp còn lại như Sông Trà với 7 nhà máy đang hoạt động (xả thải 70 m3/ngày đêm), Tiền Hải (xả thải 800 m3/ngày đêm) và Cầu Nghìn đạt tỷ lệ lấp đầy 25% (xả thải khoảng 100 m3/ngày đêm) đều chưa hoàn thiện trạm xử lý tập trung.

Thứ hai, tải lượng ô nhiễm cục bộ tại nguồn xả của nhiều doanh nghiệp vượt ngưỡng cho phép nhiều lần. Nước thải tại cửa xả của một số nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, gạch men và sứ vệ sinh ghi nhận thông số COD vượt 20,7 lần, BOD5 vượt 16 lần, TSS vượt 15 lần và Asen vượt 10 lần so với quy chuẩn xả thải. Tính chung trên các điểm xả phân tán, các thông số TSS, COD, BOD5 và Coliform đều vượt giới hạn từ 1,2 đến 10 lần theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B.

Thứ ba, chất lượng môi trường nước mặt tại các lưu vực tiếp nhận bị suy thoái nghiêm trọng. Kết quả phân tích tại sông Long Hầu và sông Kiên Giang cho thấy nồng độ COD, BOD5, TSS, dầu mỡ khoáng và Coliform đều vượt từ 3 đến 6 lần giới hạn quy định tại QCVN 08:2008/BTNMT, đồng thời ghi nhận sự xuất hiện của các kim loại nặng độc hại như Asen và Cadimi trong nguồn nước mặt.

Thứ tư, hiệu quả xử lý của các trạm xử lý hiện hữu cần tiếp tục nâng cấp. Trạm xử lý nước thải KCN Phúc Khánh A sau khi nâng cấp năm 2012 đạt công suất 2.000 m3/ngày đêm đã đưa chất lượng nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT Cột A. Tuy nhiên, hệ thống xử lý chung của KCN Nguyễn Đức Cảnh và Phúc Khánh B với công suất thiết kế 4.300 m3/ngày đêm sử dụng quy trình hóa lý kết hợp bùn hoạt tính truyền thống gặp khó khăn khi tiếp nhận nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và dao động tải lượng lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của tình trạng ô nhiễm nêu trên bắt nguồn từ cơ cấu ngành nghề đa dạng, tính chất nước thải phức tạp nhưng khâu tiền xử lý tại từng nhà máy chưa được kiểm soát chặt chẽ. Nước thải dệt may, cơ khí và chế biến thực phẩm có sự chênh lệch lớn về độ pH, hàm lượng hóa chất hoạt động bề mặt và kim loại nặng. Khi hòa trộn về trạm xử lý tập trung mà không có quá trình điều hòa và xử lý bậc cao chuyên biệt, hiệu suất phân hủy sinh học của bùn hoạt tính bị suy giảm đáng kể.

So sánh với bức tranh chung trên toàn quốc, nơi có 60% tổng lượng nước thải công nghiệp tương đương 375.244 m3/ngày đêm được thu gom và xử lý tập trung, tỉnh Thái Bình có tỷ lệ thu gom tập trung đạt khoảng 60% đến 80% tại hai khu công nghiệp trung tâm nhưng lại thiếu hụt hạ tầng tại các khu công nghiệp ngoại thành.

Về mặt biểu diễn dữ liệu khoa học, các kết quả trên có thể được thể hiện trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh mức độ vượt chuẩn của từng thông số ô nhiễm (COD, BOD5, TSS, Coliform) giữa dòng nước thải đầu vào và đầu ra của trạm xử lý, cùng bảng ma trận đối chiếu chất lượng nước thải sau xử lý với các chỉ tiêu Cột A và Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT. Điều này giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện mắt xích công nghệ cần cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, cải tạo và nâng cấp dây chuyền công nghệ tại Trạm xử lý nước thải tập trung KCN Nguyễn Đức Cảnh và Phúc Khánh B. Mục tiêu cụ thể là nâng cao hiệu suất xử lý đạt 100% tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột A đối với lưu lượng 4.300 m3/ngày đêm. Giải pháp kỹ thuật bao gồm: bổ sung bể keo tụ tạo bông chuyên sâu kết hợp lắng thứ cấp, lắp đặt hệ thống lọc cát áp lực và khử trùng bằng Clo hoạt tính hoặc Ozon. Thời gian triển khai dự kiến trong giai đoạn 2014-2015 do Công ty Đầu tư Phát triển Hạ tầng KCN chủ trì cùng sự giám sát của Sở Tài nguyên và Môi trường.

Thứ hai, đẩy nhanh tiến độ đầu tư xây dựng các trạm xử lý nước thải tập trung tại các khu công nghiệp mới. Mục tiêu hoàn thiện xây dựng trạm xử lý tại KCN Gia Lễ (công suất 1.000 m3/ngày đêm) và KCN Tiền Hải (công suất 800 - 1.200 m3/ngày đêm) trong giai đoạn 2014-2016. Đơn vị thực hiện là các doanh nghiệp kinh doanh hạ tầng kỹ thuật dưới sự chỉ đạo của Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Bình.

Thứ ba, thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục 24/7 tại các cửa xả thải chính. Mục tiêu là kiểm soát trực tuyến các thông số pH, nhiệt độ, COD, TSS và lưu lượng xả thải trước khi xả ra sông Bạch và sông Sa Lung. Thời hạn hoàn thành trước năm 2015 do Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh trực tiếp vận hành và kết nối dữ liệu về Sở Tài nguyên và Môi trường.

Thứ tư, tái cấu trúc quản lý môi trường theo định hướng khu công nghiệp sinh thái. Mục tiêu phấn đấu đạt tỷ lệ tuần hoàn và tái sử dụng nước thải đạt 15% đến 20% cho các mục đích làm mát thiết bị, tưới cây và vệ sinh công nghiệp đến năm 2020. Đơn vị thực hiện bao gồm toàn thể các doanh nghiệp sản xuất thứ cấp trong khu công nghiệp phối hợp cùng cơ quan quản lý nhà nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, Cơ quan quản lý nhà nước và Ban Quản lý các Khu công nghiệp: Giúp Sở Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Bình có cơ sở dữ liệu thực chứng để hoạch định chính sách phân vùng tiếp nhận nước thải, thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và xây dựng kế hoạch thanh kiểm tra định kỳ các nguồn xả lớn.

Thứ hai, Doanh nghiệp đầu tư và kinh doanh hạ tầng khu công nghiệp: Các chủ đầu tư như Công ty Đài Tín, Công ty IDICO hay Công ty CP TBS Sông Trà có thể ứng dụng trực tiếp các phương án thiết kế nâng cấp trạm xử lý nước thải từ 2.000 đến 4.300 m3/ngày đêm nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành và hóa chất xử lý.

Thứ ba, Kỹ sư công nghệ môi trường và đơn vị tư vấn xử lý nước thải: Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể về sự kết hợp giữa các quá trình hóa lý và sinh học để xử lý nước thải đa ngành phức hợp chứa dệt nhuộm, mạ kim loại và chế biến thực phẩm.

Thứ tư, Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về phương pháp khảo sát thực địa, quy trình phân tích chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCVN và ứng dụng mô hình sinh thái công nghiệp trong giải quyết bài toán môi trường thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải công nghiệp tại Thái Bình có đặc trưng ô nhiễm nào nổi bật? Nước thải phát sinh từ các ngành dệt nhuộm, cơ khí và sứ vệ sinh chứa hàm lượng chất hữu cơ và kim loại nặng rất cao. Nhiều mẫu phân tích tại cửa xả chưa qua xử lý ghi nhận nồng độ COD vượt tới 20,7 lần và BOD5 vượt 16 lần quy chuẩn xả thải hiện hành.

Trạm xử lý nước thải liên khu Nguyễn Đức Cảnh và Phúc Khánh B vận hành theo công nghệ gì? Hệ thống xử lý với công suất thiết kế 4.300 m3/ngày đêm vận hành theo quy trình kết hợp giữa cơ học, keo tụ tạo bông hóa lý và xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính Aerotank trước khi xả ra lưu vực tiếp nhận sông Bạch.

Tại sao nhiều khu công nghiệp đã đi vào hoạt động nhưng chưa có trạm xử lý tập trung? Nguyên nhân chủ yếu do tiến độ giải phóng mặt bằng chậm, khó khăn về nguồn vốn đầu tư hạ tầng và sự thiếu quyết liệt trong việc yêu cầu chủ đầu tư hoàn thiện công trình bảo vệ môi trường trước khi tiếp nhận các dự án thứ cấp.

Nước thải sau xử lý tại các khu công nghiệp Thái Bình phải đạt tiêu chuẩn nào? Toàn bộ nước thải sau khi qua trạm xử lý tập trung phải đạt các thông số quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT Cột A đối với các nguồn tiếp nhận phục vụ mục đích cấp nước sinh hoạt hoặc Cột B đối với nguồn tiếp nhận phục vụ giao thông thủy, tưới tiêu.

Làm thế nào để giám sát liên tục các doanh nghiệp có nguy cơ xả trộm nước thải? Giải pháp hữu hiệu nhất là bắt buộc lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng đầu vào - đầu ra kết hợp trạm quan trắc tự động liên tục truyền dữ liệu trực tuyến 24/7 về cơ quan quản lý và áp dụng mức xử phạt hành chính nghiêm khắc theo quy định pháp luật.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh khoảng 10.000 m3 nước thải mỗi ngày đêm tại 7 khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Bình.
  • Xác định sự thiếu hụt hạ tầng xử lý khi mới chỉ có 2 trong tổng số 7 khu công nghiệp hoàn thiện trạm xử lý nước thải tập trung đạt chuẩn.
  • Ghi nhận mức độ ô nhiễm vượt chuẩn từ 1,2 đến 10 lần tại nhiều cửa xả doanh nghiệp và vượt 3 đến 6 lần tại các sông tiếp nhận chính.
  • Đề xuất quy trình công nghệ cải tiến cho trạm xử lý 4.300 m3/ngày đêm đạt tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt QCVN 40:2011/BTNMT Cột A.
  • Hoạch định các giải pháp kỹ thuật, cơ chế giám sát tự động và lộ trình chuyển đổi sinh thái công nghiệp bền vững giai đoạn 2014-2020.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã cung cấp một bức tranh toàn cảnh về mặt định lượng ô nhiễm nguồn nước và đưa ra mô hình công nghệ khả thi giúp nâng cấp hệ thống xử lý nước thải công nghiệp phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội tỉnh Thái Bình. Các bước triển khai tiếp theo cần tập trung vào việc bố trí ngân sách cải tạo trạm xử lý hiện hữu trong năm 2014-2015 và phủ kín trạm quan trắc online đến năm 2020. Các cơ quan chức năng và doanh nghiệp hạ tầng cần sớm phối hợp triển khai đồng bộ các giải pháp này nhằm kiến tạo môi trường phát triển công nghiệp xanh và bền vững.