Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển vượt bậc của các khu công nghiệp đóng góp then chốt vào tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam. Tính đến tháng 6 năm 2016, cả nước đã có 313 khu công nghiệp được thành lập với tổng diện tích đất tự nhiên hơn 87,9 nghìn ha. Tuy nhiên, vấn đề bảo vệ môi trường đang đối mặt với thách thức to lớn khi chỉ khoảng một phần ba số khu công nghiệp có trạm xử lý nước thải tập trung vận hành ổn định, trong khi khoảng 70% lượng nước thải công nghiệp phát sinh hàng ngày vẫn bị xả thẳng ra nguồn tiếp nhận bên ngoài.

Tại tỉnh Thanh Hóa, Khu công nghiệp Lễ Môn tại phường Quảng Hưng, thành phố Thanh Hóa là khu công nghiệp tập trung đầu tiên của địa phương, giữ vai trò quan trọng trong việc thu hút đầu tư và giải quyết việc làm cho hơn 22.000 lao động. Với quy mô mở rộng đạt 87,61 ha và 26 doanh nghiệp thứ cấp đang hoạt động thuộc đa dạng ngành nghề như dệt may, giày da, chế biến thực phẩm và cơ khí, áp lực xả thải lên môi trường lưu vực sông Thống Nhất là rất lớn. Hệ thống xử lý nước thải tập trung được đầu tư từ những giai đoạn đầu thành lập đang đứng trước nguy cơ quá tải và xuống cấp kỹ thuật.

Nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn 2015 - 2016 nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng quản lý, khảo sát dây chuyền công nghệ và kiểm định chất lượng nước thải tại từng công đoạn xử lý cũng như nguồn tiếp nhận. Kết quả phân tích cho thấy hiệu suất làm sạch tổng thể đạt trên 80%, song vẫn bộc lộ các hạn chế kỹ thuật đáng kể tại khâu khử trùng và cân bằng tải lượng. Đề tài cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc, hỗ trợ các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành đưa ra giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa công nghệ và ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt khu vực hạ lưu sông Mã.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết xử lý nước thải sinh học bùn hoạt tính hiếu khí và khung đánh giá công nghệ xử lý chất thải theo tiêu chuẩn quốc gia. Bản chất của công nghệ sinh học hiếu khí Aeroten dựa trên quá trình vi sinh vật hiếu khí lơ lửng sử dụng oxy hòa tan để chuyển hóa và oxy hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan chứa cacbon, nitơ và photpho thành sinh khối mới, nước và khí cacbonic. Quá trình xử lý bao gồm các giai đoạn tiếp xúc, hấp phụ chất bẩn hữu cơ và chuyển hóa năng lượng sinh học.

Khung đánh giá công nghệ xử lý môi trường áp dụng mô hình 4 nhóm tiêu chí toàn diện gồm: nhóm kỹ thuật, nhóm kinh tế, nhóm môi trường và nhóm xã hội với 27 tiêu chí nhánh. Các khái niệm chuyên ngành then chốt được sử dụng xuyên suốt gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), Tải lượng ô nhiễm hữu cơ và Hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm qua từng công đoạn. Khung lý thuyết này cho phép đánh giá chính xác cả về mặt công nghệ, chi phí vận hành lẫn mức độ an toàn sinh thái của hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài kết hợp giữa số liệu thứ cấp từ Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Thanh Hóa, Ban Quản lý Khu kinh tế Nghi Sơn và các số liệu sơ cấp thu thập trực tiếp tại hiện trường. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế tại 4 vị trí đặc trưng trong hệ thống xử lý nước thải tập trung gồm: điểm NT1 (nước thải đầu vào), điểm NT2 (sau bể cân bằng), điểm NT3 (máng thu sau bể Aeroten) và điểm NT4 (bể chứa nước thải đầu ra sau khử trùng). Chương trình quan trắc được tiến hành qua 3 đợt độc lập vào tháng 12/2015, tháng 3/2016 và tháng 6/2016 trong điều kiện thời tiết khô ráo, kết hợp 3 đợt thu mẫu nước mặt sông Thống Nhất vào tháng 4/2015, tháng 12/2015 và tháng 3/2016 để đánh giá tác động lan truyền ô nhiễm.

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc lấy mẫu ngẫu nhiên có chủ đích theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995, bảo quản mẫu lạnh ở nhiệt độ dưới 4 độ C trước khi đưa về phòng thí nghiệm. Việc lựa chọn phương pháp phân tích chuẩn độ, đo quang phổ hấp thụ ở bước sóng 655 nm, 880 nm và nuôi cấy vi sinh ở nhiệt độ 37,5 độ C trong 48 giờ dựa trên các tiêu chuẩn TCVN và SMEWW hiện hành. Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp này là nhằm đảm bảo tính đồng nhất, độ chính xác cao và khả năng đối chứng trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) và Quy chuẩn nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B). Toàn bộ dữ liệu thu thập được xử lý thống kê mô tả và phân tích tương quan bằng phần mềm tin học chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hệ thống xử lý nước thải tập trung của Khu công nghiệp Lễ Môn đáp ứng được lưu lượng xả thải thực tế từ 26 doanh nghiệp đang hoạt động, tương ứng tỷ lệ lấp đầy mặt bằng đạt 80%. Mạng lưới thu gom đã thực hiện đấu nối đồng bộ, với hầu hết các nhà máy sản xuất đã chủ động xây dựng công trình xử lý sơ bộ cục bộ trước khi xả vào hệ thống chung.

Thứ hai, hiệu suất loại bỏ tổng thể của toàn trạm xử lý đối với các thông số ô nhiễm hữu cơ chính đạt mức cao, trên 80% đối với BOD5, COD và TSS. Trong đó, công đoạn xử lý sinh học hiếu khí bằng bể Aeroten đóng vai trò nòng cốt, giúp làm giảm hàm lượng chất hữu cơ hòa tan từ 65% đến 75% so với nước thải sau bể cân bằng, minh chứng tính thích hợp của công nghệ bùn hoạt tính đối với tính chất nước thải đa ngành.

Thứ ba, công đoạn xử lý bằng bể cân bằng và bể khử trùng tồn tại những điểm nghẽn kỹ thuật nghiêm trọng. Khả năng ổn định tải lượng và cân bằng pH của bể điều hòa chưa đạt mức tối ưu khi dòng thải có dao động lớn. Đáng chú ý, tại bể khử trùng, kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu ra qua 3 đợt quan trắc liên tiếp đều ghi nhận hàm lượng vi sinh Coliform vượt quá giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT cột B.

Thứ tư, nguồn tiếp nhận là sông Thống Nhất có dấu hiệu suy thoái chất lượng nước mặt tại khu vực hạ lưu điểm xả. Hàm lượng amoni, Coliform và tổng chất rắn lơ lửng tại các vị trí tiếp nhận sau xử lý cao hơn từ 15% đến 30% so với khu vực thượng lưu, đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và các hoạt động canh tác nông nghiệp lân cận.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng vi sinh Coliform vượt quy chuẩn bắt nguồn từ việc công đoạn châm hóa chất khử trùng tại trạm xử lý vẫn vận hành bán tự động hoặc thủ công, dẫn đến liều lượng hóa chất clo bổ sung không tương thích với sự biến động lưu lượng dòng thải thực tế theo từng khung giờ. Mặt khác, hệ thống máy thổi khí và phân phối khí tại các bể Aeroten sau nhiều năm hoạt động đã phát sinh hiện tượng xuống cấp cơ học, làm giảm cục bộ nồng độ oxy hòa tan, gây ức chế hoạt tính bùn vi sinh trong một số thời điểm quá tải.

Khi so sánh với các nghiên cứu công nghệ tại các khu công nghiệp phát triển ở phía Bắc có tích hợp công nghệ bể phản ứng theo mẻ SBR hoặc bổ sung giá thể vi sinh cố định (hiệu suất tách nitơ và photpho đạt trên 85%), hệ thống Aeroten truyền thống tại Khu công nghiệp Lễ Môn chỉ đạt hiệu quả loại bỏ Tổng Nitơ và Tổng Photpho ở mức trung bình từ 45% đến 60%. Điều này lý giải tại sao hàm lượng dinh dưỡng dư thừa trong nước thải sau xử lý vẫn có xu hướng thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng hóa tại nguồn tiếp nhận sông Thống Nhất.

Trong các báo cáo kỹ thuật, dữ liệu biến thiên nồng độ ô nhiễm từ đầu vào NT1 qua các công đoạn trung gian NT2, NT3 đến đầu ra NT4 được trình bày trực quan thông qua các biểu đồ đường diễn tiến nồng độ chất ô nhiễm và bảng tổng hợp hiệu suất xử lý thành phần. Cách trình bày này làm nổi bật sự sụt giảm mạnh mẽ của các chất ô nhiễm hữu cơ tại bể Aeroten, đồng thời chỉ ra mức độ bất cập về chỉ số vi sinh sau bể khử trùng.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp hạ tầng kỹ thuật tiền xử lý bằng việc xây dựng bổ sung cụm bể lắng sơ cấp kết hợp thiết bị đo và điều chỉnh pH tự động trước bể cân bằng. Giải pháp này giúp loại bỏ từ 20% đến 25% lượng cặn lơ lửng thô và ổn định môi trường pH cho vi sinh vật, hoàn thành trong quý 2 năm 2017 do Công ty TNHH Một thành viên Đầu tư Phát triển Hạ tầng KCN Lễ Môn làm chủ đầu tư.

Thứ hai, tự động hóa hoàn toàn hệ thống khử trùng thông qua việc lắp đặt bơm định lượng hóa chất tự động điều khiển theo cảm biến lưu lượng dòng thải. Mục tiêu kỹ thuật là kiểm soát triệt để mật độ Coliform đầu ra xuống dưới ngưỡng 3.000 MPN/100ml nhằm đạt chuẩn 100% theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B trong vòng 6 tháng kể từ khi phê duyệt phương án.

Thứ ba, thiết lập trạm quan trắc nước thải tự động liên tục đối với 5 thông số cốt lõi gồm lưu lượng xả thải, nhiệt độ, pH, COD và TSS, truyền dữ liệu trực tiếp 24/7 về Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa trước quý 4 năm 2017 nhằm nâng cao năng lực giám sát xả thải và phản ứng nhanh khi có sự cố.

Thứ tư, siết chặt công tác quản lý và kiểm tra định kỳ hàng quý đối với 26 doanh nghiệp thứ cấp trong khu công nghiệp. Ban Quản lý Khu kinh tế Nghi Sơn và các Khu công nghiệp tỉnh Thanh Hóa cần phối hợp với lực lượng Cảnh sát Môi trường tăng cường giám sát nước thải cục bộ, xử lý nghiêm các trường hợp xả trộm hoặc xả nước thải vượt giới hạn thỏa thuận đấu nối.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Ban Quản lý các Khu công nghiệp và Khu kinh tế tại các địa phương. Luận văn cung cấp phương pháp luận thực chứng về đánh giá công suất, phân dòng tải lượng và quản trị rủi ro ô nhiễm cho các khu công nghiệp tập trung có quy mô từ 50 ha đến 100 ha.

Nhóm 2: Kỹ sư môi trường và chuyên gia thiết kế, vận hành trạm xử lý nước thải. Tài liệu mang lại bức tranh thực tế về các lỗi kỹ thuật thường gặp tại công đoạn bể cân bằng và bể khử trùng trong hệ thống xử lý bùn hoạt tính hiếu khí Aeroten, giúp tối ưu hóa thiết kế cải tạo.

Nhóm 3: Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Chi cục Bảo vệ Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường). Nghiên cứu cung cấp bộ số liệu quan trắc thực địa chi tiết về sự tương tác giữa nguồn xả thải công nghiệp và khả năng tự làm sạch của sông nội đồng, hỗ trợ quy hoạch phân vùng xả thải.

Nhóm 4: Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về thiết kế mạng lưới quan trắc 4 điểm, quy trình lấy mẫu đại diện và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu theo chuẩn TCVN và SMEWW.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính hiếu khí Aeroten tại Khu công nghiệp Lễ Môn có ưu điểm gì nổi bật? Công nghệ Aeroten rất phù hợp với đặc thù nước thải đa ngành chứa hàm lượng hữu cơ cao tại khu công nghiệp, mang lại hiệu suất phân hủy BOD5 và COD đạt trên 80%, chi phí đầu tư xây dựng ban đầu hợp lý và quy trình vận hành vi sinh ổn định.

Vì sao nồng độ Coliform trong nước thải đầu ra tại bể chứa thường xuyên vượt quy chuẩn kỹ thuật? Nguyên nhân cốt lõi là do hệ thống định lượng và châm hóa chất khử trùng chưa được tự động hóa theo biến động lưu lượng dòng chảy, dẫn đến thiếu hụt nồng độ clo hoạt tính cần thiết để tiêu diệt triệt để vi khuẩn đường ruột trước khi thải ra môi trường.

Nước thải sau xử lý của Khu công nghiệp Lễ Môn tác động như thế nào đến nguồn nước sông Thống Nhất? Nước thải sau xử lý khi hòa vào sông Thống Nhất làm gia tăng nồng độ chất rắn lơ lửng, amoni và Coliform ở khu vực hạ lưu từ 15% đến 30% so với thượng lưu, làm suy giảm chất lượng nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu nông nghiệp.

Tại sao luận văn lại đề xuất bổ sung thêm công đoạn lắng sơ cấp vào dây chuyền công nghệ hiện hữu? Việc lắp đặt bể lắng sơ cấp giúp tách bớt từ 20% đến 25% lượng cặn vô cơ và chất rắn lơ lửng nặng trước khi vào bể cân bằng, hạn chế hiện tượng bồi lắng đáy bể và giảm tải lượng hữu cơ trực tiếp lên hệ vi sinh vật của bể Aeroten.

Chi phí vận hành của hệ thống xử lý nước thải tập trung tại Khu công nghiệp Lễ Môn có đảm bảo tính khả thi kinh tế không? Chi phí vận hành trạm xử lý bao gồm tiền điện năng tiêu thụ, hóa chất keo tụ, khử trùng và nhân công hiện tại hoàn toàn phù hợp với thiết kế ban đầu và nằm trong khung giá thu phí dịch vụ xử lý nước thải từ các doanh nghiệp thứ cấp.

Kết luận

  • Hệ thống xử lý nước thải tập trung tại Khu công nghiệp Lễ Môn cơ bản đáp ứng đủ công suất tiếp nhận nước thải cho 26 doanh nghiệp trên diện tích 87,61 ha.
  • Hiệu suất phân hủy và loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ BOD5, COD, TSS của hệ thống đạt mức cao trên 80% nhờ hoạt động hiệu quả của bể sinh học hiếu khí Aeroten.
  • Bể cân bằng và bể khử trùng bộc lộ nhiều điểm hạn chế, dẫn đến 100% số mẫu nước thải đầu ra trong 3 đợt quan trắc có hàm lượng Coliform vượt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B.
  • Nguồn tiếp nhận sông Thống Nhất chịu áp lực ô nhiễm cục bộ tại khu vực hạ lưu, đòi hỏi các giải pháp kiểm soát xả thải cấp bách.
  • Đề tài đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, làm sáng tỏ mối tương quan giữa hoạt động sản xuất công nghiệp và chất lượng môi trường nước mặt.

Kế hoạch nâng cấp kỹ thuật cần được triển khai ngay với các mốc thời gian hoàn thành cụ thể trong vòng 6 đến 12 tháng, bao gồm bổ sung bể lắng sơ cấp, lắp đặt thiết bị châm hóa chất tự động và trạm quan trắc online. Các nhà quản lý khu công nghiệp, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu quan tâm có thể tiếp cận toàn văn luận văn để ứng dụng chi tiết các giải pháp kỹ thuật vào thực tiễn quản lý môi trường bền vững.