Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng và sự gia tăng dân số tại các đô thị lớn ở Việt Nam đang đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với công tác quản lý và xử lý nước thải sinh hoạt. Tại thành phố Hải Phòng – đô thị loại I trực thuộc Trung ương (theo Quyết định số 92/2003/QĐ-TTg) và là trung tâm công nghiệp quan trọng của vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, tốc độ tăng trưởng kinh tế năm 2018 đạt 16,25% kéo theo nhu cầu dùng nước sạch và lượng nước thải sinh hoạt phát sinh tăng cao. Theo số liệu của Công ty Cổ phần Cấp nước Hải Phòng, lượng nước thải sinh hoạt năm 2018 ước tính đạt 49.156 m³/ngày (chiếm khoảng 80% lượng nước cấp). Tuy nhiên, hệ thống thoát nước nội thành phần lớn được xây dựng từ trước năm 1954, tình trạng kỹ thuật xuống cấp, cống chung thu gom cả nước mưa lẫn nước xám và nước tràn bể phốt xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà chưa qua xử lý triệt để, đe dọa trực tiếp đến môi trường nước mặt sông Lạch Tray và sức khỏe cộng đồng.

Trong bối cảnh đó, Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm được đầu tư xây dựng nhằm giải quyết bài toán ô nhiễm nước thải đô thị khu vực trung tâm Hải Phòng. Đề tài tập trung giải quyết các nhiệm vụ và câu hỏi nghiên cứu chính:

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý luận về nước thải sinh hoạt, công nghệ xử lý và phương pháp đánh giá hiệu quả hoạt động của nhà máy xử lý nước thải đô thị.
  2. Khảo sát, phân tích hiện trạng công nghệ, quy trình vận hành và hiện trạng kỹ thuật - nhân sự tại Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm.
  3. Đánh giá hiệu quả kinh tế - xã hội thông qua phương pháp phân tích chi phí - lợi ích (CBA) và đánh giá hiệu quả xử lý môi trường qua số liệu vận hành thử nghiệm thực tế.
  4. Xác định các vấn đề tồn tại, bất cập trong quá trình thử nghiệm và đề xuất giải pháp kỹ thuật, quản lý nhằm hoàn thiện hoạt động của nhà máy.
  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động xử lý nước thải sinh hoạt đô thị, dây chuyền công nghệ xử lý bùn hoạt tính, các dòng chi phí - lợi ích kinh tế - xã hội và chất lượng nước thải trước/sau xử lý tại Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm (phường Vĩnh Niệm, quận Lê Chân, thành phố Hải Phòng) và lưu vực thu gom thuộc 3 quận nội thành: quận Ngô Quyền, quận Lê Chân và một phần quận Hải An với tổng diện tích phục vụ 1.103 ha.
  • Phạm vi thời gian: Thu thập số liệu khảo sát, pháp lý và kết quả quan trắc vận hành thử nghiệm tập trung trong giai đoạn 2014 - 2019 (đặc biệt là đợt chạy thử từ tháng 8/2019 đến tháng 10/2019); chu kỳ phân tích chi phí - lợi ích kinh tế được tính toán theo vòng đời dự án 40 năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

Nghiên cứu vận dụng các khái niệm và định nghĩa học thuật về nước thải sinh hoạt (theo Lê Quang Huy, 2011) và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT. Khung lý thuyết phân loại xử lý nước thải thành ba nhóm phương pháp cơ bản: lý học (keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, lọc màng), hóa học (trung hòa, oxy hóa - khử, kết tủa) và sinh học (hiếu khí, kị khí, anoxic, bùn hoạt tính).

Đánh giá tính bền vững của nhà máy xử lý nước thải đô thị được xây dựng trên mô hình 4 trụ cột của PGS.TS Trần Đức Hạ và ThS. Đỗ Thị Minh Hạnh (2017), bao gồm: bền vững công nghệ, bền vững công trình, bền vững kinh tế - tài chính và bền vững tổ chức trong điều kiện thích ứng với biến đổi khí hậu. Cơ sở pháp lý và định mức kinh tế kỹ thuật được đối chiếu theo Quyết định số 451/QĐ-BXD (suất vốn đầu tư và chi phí xử lý nước thải sinh hoạt), Thông tư số 11/2012/BXD và Thông tư số 13/2018/TT-BXD của Bộ Xây dựng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Tác giả kết hợp đồng thời các phương pháp nghiên cứu định lượng, định tính và thực nghiệm kỹ thuật:

  • Phương pháp phân tích chi phí - lợi ích (CBA): Thực hiện theo quy trình chuẩn 9 bước nhằm lượng hóa các dòng chi phí (chi phí đầu tư ban đầu $C_0$, chi phí vận hành bảo dưỡng hàng năm $C_3$) và các dòng lợi ích (doanh thu dịch vụ thoát nước $B_1$, lợi ích y tế và sức khỏe $B_0$, tăng giá trị đất đai, tăng doanh thu du lịch) quy về hiện tại với hệ số chiết khấu xã hội $r = 1,2%$/năm trong vòng đời $n = 40$ năm để xác định giá trị hiện tại ròng ($NPV = PVB - PVC$).
  • Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi: Thiết kế phiếu phỏng vấn 3 phần (thông tin chung, tính cấp thiết của nhà máy, tác động môi trường - xã hội) khảo sát các hộ dân xung quanh nhà máy theo 2 nhóm khoảng cách: dưới 300m và từ 300m trở lên.
  • Phương pháp thu thập và phân tích mẫu môi trường: Quan trắc định kỳ chất lượng nước đầu vào và đầu ra từ ngày 15/08/2019 đến ngày 01/10/2019 với các thông số: pH, COD, BOD, SS, $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_2^-$, $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, DO và lưu lượng dòng vào ($Q$).
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thứ cấp trích xuất từ Báo cáo kinh tế - xã hội UBND TP Hải Phòng (2018), Báo cáo thường niên Công ty Cấp nước Hải Phòng, hồ sơ thiết kế và Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) của Ban Quản lý Dự án Cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường Hải Phòng, báo cáo ước tính thiệt hại kinh tế của Ngân hàng Thế giới (World Bank, 2008).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận về đánh giá hiệu quả hoạt động xử lý nước thải của nhà máy xử lý nước thải

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về hoạt động xử lý nước thải đô thị, nhấn mạnh tính chất dịch vụ công ích và phúc lợi xã hội của các công trình hạ tầng môi trường. Tác giả phân tích tầm quan trọng của xử lý nước thải trên hai phương diện: kinh tế (bảo vệ nguồn tài nguyên nước trước áp lực tăng trưởng, giảm thiểu chi phí xử lý công nghiệp) và xã hội (ngăn ngừa dịch bệnh truyền nhiễm, tái sử dụng nguồn nước).

Chương này làm rõ sự khác biệt giữa phân tích tài chính vi mô và phân tích kinh tế - xã hội toàn diện, xác lập quy trình 9 bước của phương pháp CBA và làm rõ cấu trúc 4 trụ cột đánh giá tính bền vững của nhà máy xử lý nước thải.

Quy trình phân tích chi phí - lợi ích (CBA) 9 bước:
Bước 1: Nhận dạng chủ thể hưởng lợi và chịu chi phí
Bước 2: Lựa chọn danh mục các dự án thay thế
Bước 3: Liệt kê các ảnh hưởng tiềm năng và lựa chọn chỉ số đo lường
Bước 4: Dự đoán những ảnh hưởng về lượng trong suốt vòng đời dự án
Bước 5: Lượng hóa các chỉ tiêu thành tiền (sử dụng giá thị trường và giá bóng)
Bước 6: Quy đổi dòng tiền về giá trị hiện tại theo tỷ lệ chiết khấu xã hội r
Bước 7: Tính toán các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế (PVC, PVB, NPV)
Bước 8: Thực hiện phân tích độ nhạy đối với các biến động r và NPV
Bước 9: Đề xuất và xếp hạng phương án tối ưu

Chương 2: Hiện trạng hoạt động của Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm, thành phố Hải Phòng

Chương 2 trình bày bức tranh toàn diện về địa bàn nghiên cứu và thông số kỹ thuật của công trình:

  • Thông tin tổng quan dự án: Nhà máy thuộc gói thầu B của Dự án Thoát nước mưa, nước thải và quản lý chất thải rắn Hải Phòng; do UBND TP Hải Phòng làm chủ đầu tư, Ban Quản lý Dự án Cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường Hải Phòng làm đại diện chủ đầu tư, nhà thầu Kumho (Hàn Quốc) thi công và Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng quản lý vận hành. Khởi công ngày 08/05/2014, hoàn thành 98% khối lượng vào tháng 5/2019.
  • Cơ cấu nguồn vốn (theo Quyết định số 1573/QĐ-UBND): Vốn vay ODA Nhật Bản (JICA) chiếm 77,6% (2.049,46 triệu VNĐ); vốn đối ứng Chính phủ Việt Nam chiếm 22,4% (716.215,30 triệu VNĐ).
  • Quy mô và công suất: Diện tích đất sử dụng 17,5 ha (8,7 ha xây dựng công trình và 8,8 ha vùng đệm theo Văn bản số 1742/UBND-XD). Công suất giai đoạn I đạt 36.000 m³/ngày đêm (giai đoạn II nâng lên 72.000 m³/ngày đêm), phục vụ 492.000 dân trên diện tích 1.103 ha thuộc các quận Ngô Quyền, Lê Chân và Hải An.
  • Dây chuyền công nghệ:
    • Xử lý nước thải: Nước thải từ Trạm bơm Chợ Hàng $\rightarrow$ Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Bể lắng cát $\rightarrow$ Bể phân phối $\rightarrow$ Bể điều hòa / Bể lắng sơ cấp $\rightarrow$ Bể sục khí (Aeroten bùn hoạt tính) $\rightarrow$ Bể lắng thứ cấp (1 & 2) $\rightarrow$ Bể khử trùng (Clo) $\rightarrow$ Trạm bơm xả $\rightarrow$ Cống hộp xả $\rightarrow$ Sông Lạch Tray.
    • Xử lý bùn: Bùn lắng sơ cấp và bùn vi sinh dư từ bể lắng thứ cấp $\rightarrow$ Trạm bơm bùn thô/tuần hoàn $\rightarrow$ Bể nén bùn $\rightarrow$ Nhà máy ép bùn $\rightarrow$ Đóng thùng vận chuyển đi xử lý.
  • Nhân lực: 35 cán bộ công nhân viên (8 cán bộ gián tiếp: 5 trình độ đại học, 3 trình độ cao đẳng/trung cấp; 27 công nhân vận hành trực tiếp).
  • Hiện trạng pháp lý và quản lý: Ngày 05/7/2019, Bộ Xây dựng ban hành Công văn số 1577/BXD-KTXD hướng dẫn xác định định mức hao phí nhân công, vật tư, máy thi công trên $1.000\text{ m}^3$ nước thải theo Thông tư số 13/2018/TT-BXD, yêu cầu chuẩn hóa quy trình kỹ thuật để hoàn tất thủ tục cấp phép xả thải.

Chương 3: Đánh giá hiệu quả hoạt động của Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm và đề xuất giải pháp, kiến nghị

Chương 3 thực hiện tính toán định lượng các chỉ tiêu kinh tế và xử lý môi trường:

  • Phân tích chi phí - lợi ích kinh tế (CBA):
Hạng mục chi phí / lợi ích Thành phần cấu thành Giá trị tính toán (VNĐ)
Chi phí đầu tư ban đầu ($C_0$) Chi phí xây dựng (chưa VAT) 203.083.000.000
Chi phí thiết bị (chưa VAT) 34.553.000.000
Chi phí đền bù, hỗ trợ và tái định cư 178.636.000.000
Tổng chi phí ban đầu ($C_0$) 416.272.000.000
Chi phí vận hành hàng năm ($C_1$) Đơn giá xử lý trên $1\text{ m}^3$ nước thải 5.096,66 đ/m³
Dự toán vận hành nhà máy trong 1 năm 20.000.000.000
Dòng lợi ích năm 2019 ($B$) Doanh thu dịch vụ thoát nước ($B_1$) 98.439.000.000
Giảm chi phí y tế khám chữa bệnh ($B_a$) 52.720.000.000
Hạn chế mất thu nhập do bệnh tật ($B_b$) 28.000.000.000
Tăng giá trị đất ở quanh dự án 94.000.000.000
Tăng doanh thu ngành du lịch 211.000.000.000
Tổng lợi ích hàng năm (2019) 485.107.000.000

  • Kết quả chỉ tiêu tài chính - kinh tế vòng đời 40 năm:

    • Tổng lợi ích quy về năm gốc 2014 ($PVB$): 485.583.000.000 đồng.
    • Tổng chi phí quy về năm gốc 2014 ($PVC$): 483.333.000.000 đồng.
    • Giá trị hiện tại ròng: $NPV = 40.250.000.000\text{ đồng} > 0$.

  • Kết quả quan trắc chất lượng nước thử nghiệm (15/8/2019 - 01/10/2019):

Thông số quan trắc Đầu vào trung bình Đầu ra trung bình QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B)
pH 7,42 (7,3 - 7,6) 4,42 (2,2 - 7,1) 5 - 9
DO (mg/l) - 7,83 (7,6 - 7,9) -
COD (mg/l) 502,78 (339,4 - 790,0) 71,54 (42,2 - 108,9) -
BOD (mg/l) 290,73 (200,8 - 336,6) 16,98 (12,3 - 22,4) 50
SS (mg/l) 257,17 (116,0 - 385,0) 94,17 (61,0 - 159,0) 100
$\text{NH}_4^+$ (mg/l) 46,60 (36,4 - 59,6) 19,90 (14,5 - 27,9) 10
$\text{NO}_3^-$ (mg/l) 1,50 (1,3 - 1,7) 10,52 (3,9 - 16,1) 50
$\text{PO}_4^{3-}$ (mg/l) 3,22 (2,1 - 5,1) 4,08 (2,5 - 5,2) 10
Lưu lượng $Q$ ($\text{m}^3/\text{h}$) 1.973,9 (1.801 - 2.115) 1.973,9 307 (thiết kế giờ)

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Hiệu quả xử lý kỹ thuật: Công nghệ bùn hoạt tính Aeroten giúp giảm đáng kể hàm lượng ô nhiễm hữu cơ trong giai đoạn thử nghiệm; BOD trung bình giảm từ 290,73 mg/l xuống 16,98 mg/l (đạt QCVN 14:2008/BTNMT), COD giảm từ 502,78 mg/l xuống 71,54 mg/l, SS trung bình đầu ra đạt 94,17 mg/l (dưới ngưỡng quy chuẩn 100 mg/l).
  • Hiệu quả kinh tế - xã hội: Dự án chứng minh tính khả thi kinh tế trên góc độ toàn xã hội với $NPV = 40,25\text{ tỷ đồng}$ ở mức lãi suất vay ưu đãi ODA 1,2%/năm trong 40 năm. Dự án đóng góp tích cực vào việc giảm thiểu chi phí y tế ($52,72\text{ tỷ đồng/năm}$), hạn chế tổn thất thu nhập của người lao động ($28\text{ tỷ đồng/năm}$) và thúc đẩy giá trị gia tăng dịch vụ đô thị.
  • Phát hiện bất cập vận hành: Lưu lượng nước thải thực tế đi vào nhà máy trong đợt thử nghiệm đạt trung bình $1.973,9\text{ m}^3/\text{h}$, cao gấp 6,4 lần so với tải lượng thiết kế giờ ban đầu ($307\text{ m}^3/\text{h}$).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Hoàn thiện hệ thống tách nước mưa và nước thải riêng biệt tại các hộ gia đình và lưu vực thu gom để giảm tải lượng thủy lực quá mức cho nhà máy.
  • Khẩn trương hoàn thành hồ sơ lắp đặt hệ thống quan trắc nước thải tự động và quy trình kỹ thuật duyệt định mức theo hướng dẫn tại Công văn 1577/BXD-KTXD để sớm được cấp giấy phép xả thải chính thức.
  • Tăng cường công tác tuyên truyền, hướng dẫn người dân không đấu nối đường thoát nước mưa vào hệ thống cống thu gom nước thải sinh hoạt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Số liệu quan trắc thực nghiệm chất lượng nước mới chỉ được ghi nhận trong đợt vận hành chạy thử ban đầu từ tháng 8 đến tháng 10 năm 2019, chưa bao quát đầy đủ sự biến thiên tải lượng ô nhiễm theo các mùa trong năm. Việc ước tính một số chỉ tiêu lợi ích xã hội (như thiệt hại y tế, tác động du lịch) phải dựa vào các hệ số ngoại suy từ nghiên cứu năm 2008 của World Bank.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục theo dõi, đánh giá số liệu xả thải liên tục sau khi nhà máy vận hành thương mại chính thức; nghiên cứu giải pháp kỹ thuật kiểm soát nồng độ amoni ($\text{NH}_4^+$) đầu ra và khảo sát chi tiết mức độ phân tách mạng lưới thoát nước mưa - nước thải trên toàn địa bàn 3 quận nội thành.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học các ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Kinh tế Phát triển trong việc tiếp cận phương pháp luận phân tích chi phí - lợi ích (CBA) áp dụng cho dự án xử lý chất thải đô thị.
  • Cán bộ kỹ thuật và đơn vị quản lý vận hành các nhà máy xử lý nước thải đô thị sử dụng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí.
  • Các ban quản lý dự án ODA trong công tác lập định mức dự toán chi phí vận hành bảo dưỡng (O&M) theo quy định của Bộ Xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu nguồn vốn đầu tư xây dựng Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm được phân bổ như thế nào?

Theo Quyết định số 1573/QĐ-UBND ngày 05/07/2018 của UBND TP Hải Phòng, dự án sử dụng 77,6% vốn vay ODA từ Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) với mức lãi suất ưu đãi 1,2%/năm và 22,4% vốn đối ứng từ phía Chính phủ Việt Nam.

2. Quy trình xử lý sinh học tại nhà máy áp dụng công nghệ gì?

Nhà máy áp dụng công nghệ xử lý sinh học thứ cấp bằng bùn hoạt tính hiếu khí sử dụng bể Aeroten với hệ thống phân phối khí bổ sung, kết hợp bể lắng thứ cấp, khử trùng bằng Clo và hệ thống nén ép bùn cơ học.

3. Hiệu quả kinh tế ròng (NPV) của nhà máy được xác định là bao nhiêu?

Với thời gian phân tích vòng đời 40 năm và hệ số chiết khấu 1,2%/năm, tổng lợi ích quy đổi về năm 2014 đạt 485,583 tỷ đồng, tổng chi phí quy đổi đạt 483,333 tỷ đồng, mang lại giá trị hiện tại ròng $NPV = 40,250\text{ tỷ đồng} > 0$.

4. Nguyên nhân nào khiến lưu lượng nước vào nhà máy trong đợt thử nghiệm vượt gấp 6,4 lần thiết kế giờ?

Do hệ thống thoát nước khu vực thu gom vẫn là mạng lưới cống chung chưa được tách riêng hoàn toàn giữa nước mưa và nước thải sinh hoạt; đồng thời một số hộ dân tự ý mở đường thoát nước mưa vào hệ thống thu gom nước thải để chống ngập cục bộ cho gia đình.

5. Quy mô diện tích và công suất thiết kế của nhà máy trong giai đoạn 1 là bao nhiêu?

Khu đất xây dựng nhà máy có tổng diện tích 17,5 ha (8,7 ha xây dựng công trình và 8,8 ha vùng đệm bảo vệ). Công suất xử lý thiết kế trong giai đoạn 1 là 36.000 m³/ngày đêm, phục vụ khoảng 492.000 dân thuộc 3 quận Ngô Quyền, Lê Chân và một phần Hải An.

Kết luận

Khóa luận đã hệ thống hóa cơ sở lý luận và đánh giá chi tiết hoạt động của Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm trên cả hai phương diện hiệu quả kỹ thuật môi trường và hiệu quả kinh tế - xã hội. Kết quả tính toán chỉ số NPV dương khẳng định tính khả thi và lợi ích xã hội vượt trội của công trình vốn vay ODA đối với sự phát triển bền vững của đô thị Hải Phòng. Đồng thời, nghiên cứu đã chỉ rõ thách thức quá tải lưu lượng thủy lực thực tế và cung cấp các khuyến nghị xác đáng về việc hoàn thiện mạng lưới tách nước mưa phục vụ vận hành an toàn, ổn định lâu dài.