Tổng quan nghiên cứu

Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy kinh tế nông thôn, giải quyết việc làm cho hàng triệu lao động. Tuy nhiên, tình trạng xả thải tự phát không qua xử lý đang biến nhiều khu vực thành điểm nóng ô nhiễm môi trường. Tại làng nghề bún Khắc Niệm thuộc thành phố Bắc Ninh, hơn 700 hộ sản xuất tạo ra sản lượng khoảng 8 đến 10 tấn bún mỗi ngày, đồng thời phát sinh lưu lượng nước thải lên tới 3.150 m³/ngày. Nguồn nước thải chưa qua xử lý triệt để xả thẳng ra hệ thống kênh mương đã làm suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước sông Tào Khê – nguồn nước tưới tiêu trọng yếu cho hai huyện Quế Võ và Tiên Du.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán mất cân bằng giữa phát triển kinh tế làng nghề và bảo vệ môi trường sinh thái. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát, đánh giá toàn diện hiện trạng lưu lượng và chất lượng nước thải, phân tích hiệu quả công tác quản lý nhà nước, đồng thời xác định mức độ tác động của ô nhiễm đến sức khỏe cộng đồng dân cư.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên địa bàn phường Khắc Niệm, thành phố Bắc Ninh trong suốt giai đoạn từ tháng 01/2015 đến tháng 12/2015. Kết quả phân tích chỉ ra nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ như BOD5, COD, TSS vượt quy chuẩn quốc gia từ 1,05 đến 31,8 lần. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp luận cứ khoa học vững chắc để các cơ quan chức năng hoàn thiện quy hoạch môi trường, thiết lập hệ thống xử lý nước thải công suất trên 3.000 m³/ngày nhằm bảo vệ sức khỏe cho 15.896 người dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết chuyển hóa ô nhiễm hữu cơ và cân bằng vật chất trong công nghệ chế biến nông sản thực phẩm. Quá trình ngâm, rửa gạo và ép bột làm thất thoát một lượng lớn tinh bột vào nước. Tinh bột bị vi sinh vật phân giải yếm khí tạo thành các axit hữu cơ mạch ngắn, làm giảm độ pH và phát sinh khí có mùi hôi đặc trưng như H2S, NH3, CH4.

Mô hình Động lực - Áp lực - Trạng thái - Tác động - Đáp ứng (DPSIR) được áp dụng để phân tích tương tác đa chiều giữa hoạt động sản xuất tiểu thủ công nghiệp và môi trường. Động lực phát triển kinh tế tạo áp lực xả thải 3.150 m³/ngày, làm thay đổi trạng thái chất lượng nước mặt, tác động trực tiếp lên hệ sinh thái thủy vực và thúc đẩy chính quyền đưa ra các biện pháp đáp ứng quản lý.

Khung lý thuyết bao gồm bốn khái niệm trọng tâm:

  • Nước thải làng nghề chế biến thực phẩm: Nguồn thải đặc thù chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng lớn và dễ phân hủy sinh học.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và nhu cầu oxy hóa học (COD): Các chỉ số biểu thị mức độ ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và tổng lượng chất oxy hóa trong nước.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Trọng lượng các hạt chất rắn không tan bị cuốn theo dòng chảy trong quá trình xoa, nghiền và lọc ép bột.
  • Sức tải môi trường tiếp nhận: Khả năng tự làm sạch tự nhiên của hệ thống kênh rãnh, ao hồ mà không làm suy thoái chất lượng nguồn nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đồng bộ nguồn dữ liệu thứ cấp và dữ liệu sơ cấp thực địa:

  • Dữ liệu thứ cấp: Thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Bắc Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Bắc Ninh và các văn bản pháp lý như Quyết định số 249/2014/QĐ-UBND, Quyết định số 1139/QĐ-UBND.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Thực hiện phát phiếu điều tra ngẫu nhiên phân tầng tới 60 hộ gia đình sản xuất bún để thu thập thông tin về công nghệ, định mức nguyên liệu và bệnh tật phát sinh. Đồng thời tổ chức 01 cuộc họp nhóm tập trung với 30 đại biểu gồm cán bộ địa phương và người dân nhằm phân tích ma trận SWOT về quản lý môi trường.
  • Phương pháp khảo sát và quan trắc thực địa: Được tiến hành qua 04 đợt khảo sát trong năm 2015. Vị trí quan trắc gồm 06 điểm lấy mẫu nước thải đại diện (NT1 đến NT6) tại các cống xả chính của thôn Tiền Trong, Tiền Ngoài, thôn Mồ và 05 điểm lấy mẫu nước mặt (NM1 đến NM5) tại các kênh tiếp nhận như kênh T22, kênh Nội đồng và ao hồ dân sinh.

Quy trình lấy mẫu tuân thủ nghiêm ngặt Thông tư số 29/2011/TT-BTNMT và TCVN 6663-1:2011. Các mẫu nước được phân tích tại Phòng Quan trắc Môi trường thuộc Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh theo các phương pháp chuẩn: SMEWW 5210B:2012 cho BOD5, HACH 8000:1998 cho COD, SMEWW 2540D:2012 cho TSS và TCVN 6187-2:1996 cho Coliform. Toàn bộ quy trình phân tích đáp ứng tiêu chuẩn QA/QC theo Thông tư số 21/2012/TT-BTNMT nhằm đảm bảo tính chính xác tuyệt đối của số liệu. Dữ liệu sau đó được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực địa ghi nhận tổng lưu lượng nước thải phát sinh từ 3 thôn sản xuất bún đạt 3.150 m³/ngày. Trong đó, thôn Tiền Ngoài xả 1.015 m³/ngày, thôn Tiền Trong xả 1.300 m³/ngày và thôn Mồ xả 835 m³/ngày. Trạm xử lý nước thải thí điểm tại thôn Tiền Trong chỉ đạt công suất 400 m³/ngày, đồng nghĩa với việc có tới 2.750 m³/ngày (tương đương 87,3% tổng lượng nước thải) đang xả trực tiếp ra môi trường tự nhiên mà không qua xử lý.

Chất lượng nước thải tại 6 điểm khảo sát đều vượt ngưỡng cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B):

  • Hàm lượng TSS dao động từ 2.172 mg/l đến 3.814 mg/l, vượt quy chuẩn từ 18,1 đến 31,8 lần. Điểm xả khu vực Đồng Mạ thuộc thôn Tiền Ngoài (mẫu NT5) có mức vượt cao nhất là 31,8 lần.
  • Hàm lượng COD biến thiên từ 1.534 mg/l đến 3.029 mg/l, vượt từ 8,5 đến 25,2 lần giới hạn cho phép.
  • Hàm lượng BOD5 dao động từ 934,6 mg/l đến 1.521 mg/l, vượt quy chuẩn từ 16,4 đến 25,35 lần.
  • Nồng độ Amoni vượt từ 1,22 đến 3,0 lần; Tổng Nitơ vượt từ 1,05 đến 1,5 lần; Tổng Phốt pho vượt từ 2,37 đến 3,83 lần. Chỉ số vi sinh Coliform đạt từ 20.000 đến 32.500 MPN/100ml, vượt quy chuẩn từ 4,0 đến 6,5 lần.

Đối với môi trường nước mặt, 5/5 mẫu phân tích đều bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng theo QCVN 08:2008/BTNMT:

  • Nồng độ oxy hòa tan (DO) suy giảm mạnh, chỉ đạt từ 1,2 đến 3,6 mg/l (quy chuẩn yêu cầu ≥ 4 mg/l).
  • Hàm lượng COD tại kênh T22 tiếp nhận nước thải thôn Mồ (mẫu NM1) lên tới 423 mg/l, vượt 14,1 lần quy chuẩn; nồng độ BOD5 đạt 200,6 mg/l, vượt 13,4 lần.
  • Điều tra dịch tễ cho thấy tỷ lệ người dân mắc bệnh đường hô hấp chiếm 30%, các bệnh về tai mũi họng chiếm 28% và bệnh ngoài da chiếm 25%.

Thảo luận kết quả

Thực trạng ô nhiễm bắt nguồn từ quy trình công nghệ còn lạc hậu. Trong 60 hộ điều tra, có tới 58,3% hộ sử dụng trang thiết bị bán thủ công và 31,6% hộ duy trì phương thức thủ công, chỉ có 10,1% hộ đầu tư máy móc hiện đại. Để sản xuất 100 kg bún thành phẩm, người dân tiêu tốn trung bình 50 kg gạo, 7,4 kWh điện và khoảng 3,8 m³ nước. Lượng nước thải này chứa lượng lớn bột chua lên men kết hợp với chất thải chăn nuôi từ đàn lợn 8.100 con trên địa bàn khiến mức độ ô nhiễm gia tăng gấp bội.

Khi so sánh với các làng nghề chế biến nông sản khác ở miền Bắc, nồng độ ô nhiễm tại Khắc Niệm có tính chất tương đồng nhưng tải lượng thải phân tán cao hơn. Điển hình như làng nghề bún Phú Đô (Hà Nội) có nồng độ COD trung bình khoảng 5.300 mg/l và BOD5 khoảng 2.400 mg/l. Tuy nhiên, do Khắc Niệm chưa có hệ thống thu gom đồng bộ nên tải lượng hữu cơ phát thải ra nguồn tiếp nhận nội đồng lớn hơn nhiều.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ COD, BOD5 thực tế với giới hạn quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT tại 6 điểm xả thải. Cùng với đó, bảng tổng hợp phân tích ma trận điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức (SWOT) giúp làm rõ bức tranh quản trị môi trường cấp cơ sở. Tình trạng thiếu hụt nguồn lực tài chính, công nghệ xử lý chưa hoàn thiện và việc thiếu quy hoạch phân khu sản xuất riêng biệt là những rào cản lớn nhất hiện nay.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Hoàn thiện và nâng công suất hệ thống xử lý nước thải tập trung: Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh cùng Ban Quản lý dự án cần đẩy nhanh tiến độ triển khai Quyết định số 1139/QĐ-UBND, mở rộng công suất trạm xử lý nước thải tập trung từ 400 m³/ngày lên 3.500 m³/ngày trong giai đoạn 2016-2020. Mục tiêu là xử lý 100% lượng nước thải phát sinh đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra sông Tào Khê.
  • Chuyển giao công nghệ sản xuất sạch hơn: Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bắc Ninh phối hợp với Phòng Kinh tế thành phố Bắc Ninh hỗ trợ vốn vay ưu đãi cho hơn 700 hộ sản xuất, thúc đẩy chuyển đổi 100% thiết bị ép sợi cơ giới hóa khép kín và tái sử dụng nước làm mát. Giải pháp này giúp giảm định mức tiêu thụ nước từ 3,8 m³ xuống dưới 2,5 m³/100 kg bún thành phẩm trước năm 2018.
  • Xây dựng mô hình tuần hoàn chất thải chăn nuôi - chế biến: Chi cục Bảo vệ Môi trường hướng dẫn 400 hộ chăn nuôi quy mô 5-6 con lợn lắp đặt hệ thống hầm biogas composite kết hợp bể lắng lọc tinh bột. Phương án này xử lý triệt để 100% nước rửa bột chua giàu dinh dưỡng làm thức ăn chăn nuôi và tận dụng khí sinh học làm chất đốt, hoàn thành trong vòng 12 tháng.
  • Tăng cường thể chế quản lý và thanh tra môi trường: Ủy ban nhân dân phường Khắc Niệm thành lập Tổ tự quản môi trường làng nghề, áp dụng triệt để Quyết định số 249/2014/QĐ-UBND. Thiết lập tần suất quan trắc định kỳ 4 lần/năm, kiên quyết xử phạt hành chính và cưỡng chế cắt điện đối với các cơ sở vi phạm cố tình xả thải chưa qua xử lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Các chuyên viên tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Phòng Tài nguyên và Môi trường các cấp có thể sử dụng số liệu định lượng về 13 điểm xả và 3.150 m³ nước thải/ngày để xây dựng quy hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu và các đề án làng nghề bền vững.
  • Cán bộ chính quyền cấp xã, phường có làng nghề: Lãnh đạo Ủy ban nhân dân các địa phương đang đối mặt với bài toán ô nhiễm tiểu thủ công nghiệp có thể tham khảo mô hình phân cấp quản lý, quy chế bảo vệ môi trường và cách thức thành lập tổ tự quản cộng đồng tại Khắc Niệm.
  • Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học: Các nhà khoa học thuộc chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên có thể kế thừa bộ công cụ đánh giá kết hợp giữa khảo sát xã hội học 60 hộ dân, phương pháp SWOT và quy trình quan trắc chuẩn QA/QC để phát triển các nghiên cứu tương tự.
  • Doanh nghiệp tư vấn và chuyển giao công nghệ xử lý môi trường: Các kỹ sư môi trường có thể khai thác số liệu phân tích nồng độ COD trên 3.000 mg/l, BOD5 trên 1.500 mg/l và tỷ lệ C:N:P thực tế để tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải giàu tinh bột tối ưu về chi phí.

Câu hỏi thường gặp

  • Nguồn gốc chính phát sinh nước thải ô nhiễm trong quá trình làm bún là gì? Nước thải phát sinh chủ yếu từ công đoạn vo, ngâm gạo, xay bột ướt và làm nguội bún. Trung bình sản xuất 100 kg bún cần 3,8 m³ nước, trong đó nước ngâm gạo và xay bột chứa hàm lượng tinh bột thất thoát lớn, nhanh chóng lên men tạo mùi chua nồng và tải lượng BOD5 lên tới 1.521 mg/l.

  • Mức độ ô nhiễm nước thải tại làng nghề Khắc Niệm vượt quy chuẩn bao nhiêu lần? Kết quả phân tích 6 mẫu nước thải NT1 đến NT6 cho thấy các chỉ tiêu đều vượt QCVN 40:2011/BTNMT: TSS vượt từ 18,1 đến 31,8 lần, COD vượt từ 8,5 đến 25,2 lần, BOD5 vượt từ 16,4 đến 25,35 lần và Coliform vượt từ 4 đến 6,5 lần.

  • Hoạt động xả thải của làng nghề bún ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt ra sao? Nước thải xả thẳng làm suy giảm nghiêm trọng nguồn nước tiếp nhận. Tại kênh T22 và kênh Nội đồng, hàm lượng COD vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT tới 14,1 lần, BOD5 vượt 13,4 lần và nồng độ oxy hòa tan (DO) tụt giảm xuống mức 1,2 mg/l, làm tê liệt khả năng tự làm sạch của thủy vực.

  • Tỷ lệ cơ giới hóa và công nghệ sản xuất của các hộ dân Khắc Niệm hiện nay như thế nào? Theo khảo sát tại 60 hộ gia đình, có 31,6% hộ vẫn sử dụng thiết bị thủ công, 58,3% hộ sử dụng trang thiết bị bán thủ công và chỉ có 10,1% hộ đầu tư máy móc tự động hóa hiện đại. Thiết bị bán thủ công chiếm đa số dẫn đến tiêu hao nhiều nước và phát sinh lượng thải lớn.

  • Những bệnh tật nào phổ biến nhất đối với cộng đồng dân cư làng nghề? Ô nhiễm môi trường nước và không khí đã gây ra nhiều hệ lụy sức khỏe. Kết quả điều tra thực tế ghi nhận 30% người dân mắc các bệnh về đường hô hấp, 28% mắc bệnh tai mũi họng và 25% gặp các vấn đề về bệnh da liễu do tiếp xúc thường xuyên với nguồn nước nhiễm khuẩn.

Kết luận

  • Tổng lượng nước thải làng nghề sản xuất bún Khắc Niệm phát sinh khoảng 3.150 m³/ngày nhưng trạm xử lý thí điểm chỉ đáp ứng được 400 m³/ngày, để lại 2.750 m³/ngày xả thẳng ra môi trường.
  • Toàn bộ 6/6 vị trí nước thải đều vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, điển hình nồng độ TSS vượt tới 31,8 lần, COD vượt 25,2 lần và BOD5 vượt 25,35 lần.
  • Môi trường nước mặt tiếp nhận tại kênh T22 và ao hồ lân cận bị suy thoái nghiêm trọng với COD vượt 14,1 lần và nồng độ DO suy kiệt xuống 1,2 mg/l.
  • Áp lực kép từ hơn 700 hộ sản xuất bún cùng đàn lợn 8.100 con đã làm gia tăng tỷ lệ mắc bệnh đường hô hấp (30%) và tai mũi họng (28%) ở cộng đồng.
  • Luận văn đóng góp hệ thống 6 nhóm giải pháp toàn diện từ quy hoạch thể chế, hỗ trợ tài chính đến công nghệ xử lý sinh học tập trung công suất 3.500 m³/ngày.

Các cấp chính quyền cần khẩn trương hoàn thành trạm xử lý nước thải tập trung giai đoạn 2016-2020 và kiểm soát chặt chẽ 13 cửa xả thải. Độc giả, nhà quản lý và các cơ sở nghiên cứu hãy cùng chia sẻ, áp dụng rộng rãi các giải pháp từ luận văn để bảo vệ môi trường làng nghề bền vững ngay hôm nay!