Tổng quan nghiên cứu

Làng nghề truyền thống đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế nông thôn tỉnh Bắc Ninh, nơi hiện có 62 làng nghề đang hoạt động sôi nổi. Trong đó, làng nghề sản xuất bún Khắc Niệm thuộc phường Khắc Niệm, thành phố Bắc Ninh là một điểm sáng kinh tế với hơn 700 hộ tham gia làm nghề, chiếm khoảng 30% tổng số hộ của toàn phường. Mỗi ngày, làng nghề cung cấp ra thị trường từ 8 đến 10 tấn bún thương phẩm, giải quyết việc làm cho hơn 2.000 lao động tại chỗ. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng mang tính tự phát và phân tán trong khu dân cư đang đặt ra áp lực môi trường cực kỳ nghiêm trọng. Quá trình sản xuất tạo ra lượng nước thải khổng lồ khoảng 3.150 m3/ngày, nhưng trạm xử lý nước thải thí điểm tại địa phương mới chỉ xử lý được 400 m3/ngày. Điều này đồng nghĩa với việc gần 2.750 m3 nước thải chưa qua xử lý (chiếm trên 87% tổng lưu lượng) bị xả trực tiếp ra hệ thống mương rãnh nội đồng và sông Tào Khê – nguồn cấp nước tưới tiêu trọng yếu cho hai huyện Tiên Du và Quế Võ.

Trước bối cảnh ô nhiễm đe dọa sinh kế và sức khỏe của 15.896 người dân địa phương, nghiên cứu này được triển khai nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước thải, phân tích hiệu quả công tác quản lý môi trường và nhận diện các tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 3 thôn trọng điểm là Tiền Trong, Tiền Ngoài và Thôn Mồ trong khung thời gian từ tháng 01/2015 đến tháng 12/2015. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình là cung cấp hệ thống luận cứ xác thực, định lượng mức độ ô nhiễm thông qua các chỉ số hóa lý then chốt, từ đó làm căn cứ đề xuất các giải pháp kỹ thuật, thể chế đồng bộ nhằm giảm thiểu tải lượng ô nhiễm hữu cơ và thúc đẩy sự phát triển bền vững cho làng nghề.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phát triển bền vững khu vực nông thôn và lý thuyết quản lý môi trường làng nghề theo phương pháp tiếp cận chuỗi sản xuất kết hợp công nghệ xử lý cuối đường ống. Về mặt lý luận, sự gia tăng giá trị kinh tế của tiểu thủ công nghiệp phải đi đôi với khả năng tự làm sạch của hệ sinh thái tiếp nhận. Khung nghiên cứu vận dụng các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm QCVN 40:2011/BTNMT (về nước thải công nghiệp) và QCVN 08:2008/BTNMT (về chất lượng nước mặt) làm thước đo tiêu chuẩn. Các khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa gồm: làng nghề truyền thống (theo Thông tư 116/2006/TT-BNN với tiêu chí tối thiểu 30% số hộ tham gia sản xuất), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), và Tải lượng ô nhiễm hữu cơ. Theo thống kê của ngành tài nguyên môi trường, cả nước có 197 làng nghề chế biến lương thực thực phẩm (chiếm 13,6% tổng số làng nghề toàn quốc), trong đó miền Bắc tập trung cao nhất với 134 làng nghề (chiếm 68,02%). Việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết giúp xác định bản chất của dòng thải chế biến tinh bột là nguồn thải hữu cơ có khả năng phân hủy yếm khí nhanh, tạo độ chua và mùi nồng nặc nếu không được xử lý kịp thời.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình kết hợp chặt chẽ giữa khảo sát xã hội học và quan trắc thực nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nguồn dữ liệu thứ cấp được thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường cùng UBND phường Khắc Niệm. Về dữ liệu sơ cấp, nghiên cứu tiến hành điều tra bảng hỏi với cỡ mẫu 60 hộ gia đình sản xuất bún được chọn theo phương pháp ngẫu nhiên phân tầng tại các thôn Tiền Trong, Tiền Ngoài và Thôn Mồ. Đồng thời, một buổi họp nhóm tập trung (Focus Group Discussion) với 30 đại biểu gồm cán bộ môi trường, đại diện hội đồng nhân dân và các hộ làm nghề có thâm niên được tổ chức để phân tích ma trận điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức (SWOT).

Phương pháp quan trắc môi trường được thực hiện qua 4 đợt khảo sát thực địa trong năm 2015. Cỡ mẫu phân tích bao gồm 6 mẫu nước thải (ký hiệu từ NT1 đến NT6) lấy tại các cửa xả chính và 5 mẫu nước mặt (ký hiệu từ NM1 đến NM5) lấy tại kênh nội đồng T22 và các ao hồ tiếp nhận nước thải. Quy trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích tuân thủ nghiêm ngặt Thông tư 29/2011/TT-BTNMT và hệ thống bảo đảm chất lượng QA/QC theo Thông tư 21/2012/TT-BTNMT. Các phương pháp phân tích tiêu chuẩn được lựa chọn vì tính chuẩn hóa quốc tế và độ chính xác cao: pH (TCVN 6492:2011), BOD5 (SMEWW 5210B:2012), COD (HACH 8000:1998), TSS (SMEWW 2540D:2012), Amoni (HACH 8038), Tổng Nitơ (HACH 10071), Tổng Phốt pho (TCVN 6202:2008) và Coliform (TCVN 6187-2:1996). Số liệu sau đó được xử lý bằng các thuật toán thống kê toán học trên phần mềm chuyên dụng để so sánh đối chiếu giá trị đo đạc với giới hạn cho phép.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực nghiệm tại làng nghề bún Khắc Niệm đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu và lượng phát thải nước thải ở mức rất cao. Để sản xuất được 100 kg bún thành phẩm, quy trình cần tiêu thụ trung bình 50 kg gạo, 3,8 m3 nước sạch và 7,4 kWh điện. Lượng nước thải lớn nhất phát sinh tập trung tại công đoạn ngâm, vo gạo (0,5 m3/100 kg sản phẩm) và công đoạn làm nguội bún (2,0 m3/100 kg sản phẩm). Tổng lưu lượng nước thải phát sinh từ 3 thôn 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.

Thứ hai, toàn bộ 6/6 mẫu nước thải (NT1 - NT6) đều vượt ngưỡng quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) từ vài lần đến hàng chục lần. Cụ thể, hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS dao động từ 2.172 mg/l đến 3.814 mg/l, vượt quy chuẩn từ 18,1 đến 31,8 lần. Chỉ số COD dao động từ 1.534 mg/l đến 3.029 mg/l, vượt chuẩn từ 8,5 đến 25,2 lần. Chỉ số BOD5 đạt từ 934,6 mg/l đến 1.521 mg/l, vượt quy chuẩn từ 16,4 đến 25,35 lần. Nồng độ vi khuẩn Coliform vượt mức cho phép từ 4,0 đến 6,5 lần. Vị trí ô nhiễm nặng nề nhất được ghi nhận tại điểm xả NT5 (khu vực Đồng Mạ - thôn Tiền Ngoài) với nồng độ COD lên tới 3.029 mg/l và BOD5 đạt 1.521 mg/l.

Thứ ba, môi trường nước mặt tiếp nhận bị suy thoái nghiêm trọng. Tất cả 5/5 mẫu nước mặt (NM1 - NM5) đều không đạt chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT (cột B1). Tại kênh T22 tiếp nhận nước thải trực tiếp từ thôn Mồ (mẫu NM1), nồng độ COD lên tới 423 mg/l (vượt 14,1 lần) và BOD5 đạt 200,6 mg/l (vượt 13,4 lần). Chỉ số oxy hòa tan DO trong các ao hồ bị tụt giảm nghiêm trọng, chỉ dao động ở mức 1,2 - 3,6 mg/l (chuẩn yêu cầu lớn hơn hoặc bằng 4 mg/l), khiến nguồn nước mặt mất hoàn toàn khả năng tự làm sạch sinh học.

Thứ tư, ô nhiễm môi trường gây hệ lụy trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Khảo sát 60 hộ gia đình cho thấy tỷ lệ cư dân mắc các bệnh đường hô hấp chiếm 30%, bệnh về tai mũi họng chiếm 28%, bên cạnh các bệnh viêm da tiếp xúc và phụ khoa do thường xuyên phải sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn trong sinh hoạt và lao động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm vượt ngưỡng bắt nguồn từ công nghệ sản xuất còn thô sơ và thói quen xả thải chưa qua kiểm soát. Khảo sát trang thiết bị chỉ ra rằng có tới 31,6% số hộ sử dụng thiết bị thủ công và 58,3% dùng thiết bị bán thủ công; chỉ vỏn vẹn 10% hộ đầu tư máy móc hiện đại. Nước thải từ quá trình ngâm bột chứa nhiều tinh bột dạng hòa tan và dạng hạt mịn, khi thoát ra ngoài môi trường sẽ nhanh chóng bị vi sinh vật lên men yếm khí, tạo ra các axit hữu cơ làm pH giảm thấp và bốc mùi chua thối nồng nặc. Ngoài ra, việc kết hợp chăn nuôi quy mô 8.100 con lợn trong khu dân cư nhưng không có hệ thống xử lý biogas đồng bộ đã cộng hưởng làm tăng đột biến hàm lượng nitơ, phốt pho và vi sinh vật gây bệnh trong dòng thải.

Khi so sánh với các làng nghề chế biến tinh bột khác tại miền Bắc như bún Phú Đô (Hà Nội) với nồng độ COD khoảng 5.300 mg/l hay miến Cự Đà, có thể thấy tính chất ô nhiễm của Khắc Niệm có đặc thù tương đồng về hàm lượng chất hữu cơ cao. Tuy nhiên, áp lực tại Khắc Niệm gay gắt hơn do mật độ dân cư đông và hệ thống cống rãnh tiêu thoát nước phần lớn không có nắp đậy, lâu ngày không được nạo vét gây ứ đọng cục bộ.

Về mặt biểu diễn dữ liệu khoa học, các kết quả phân tích nồng độ chất ô nhiễm (COD, BOD5, TSS) có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ cột so sánh đa thông số giữa giá trị thực tế tại 6 điểm xả thải với ngưỡng giới hạn tối đa theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT. Đồng thời, một bảng ma trận SWOT chi tiết kết hợp bản đồ phân vùng không gian các điểm nóng ô nhiễm sẽ giúp các cấp quản lý nhận diện trực quan mức độ quá tải sinh thái tại từng thôn, phục vụ đắc lực cho việc ra quyết định đầu tư hạ tầng xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để bài toán ô nhiễm nước thải tại làng nghề bún Khắc Niệm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính hành động cao:

Thứ nhất, nâng cấp và hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật xử lý nước thải. Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Ninh cần phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường đẩy nhanh tiến độ triển khai Quyết định 1139/QĐ-UBND, mở rộng công suất trạm xử lý nước thải tập trung từ 400 m3/ngày hiện nay lên mức 3.500 m3/ngày trong giai đoạn 2016-2020. Áp dụng dây chuyền công nghệ sinh học tích hợp gồm: bể lắng sơ bộ thu hồi cặn tinh bột, bể xử lý kỵ khí có thu hồi khí biogas và hệ thống lọc sinh học hiếu khí nhằm mục tiêu cắt giảm từ 85% đến 90% tải lượng COD và BOD5 trước khi xả ra sông Tào Khê.

Thứ hai, tăng cường thực thi chính sách và chế tài quản lý môi trường. Ủy ban nhân dân phường Khắc Niệm cần cụ thể hóa Quyết định 249/2014/QĐ-UBND của UBND tỉnh Bắc Ninh, áp dụng các chế tài nghiêm khắc như đình chỉ cấp điện sản xuất hoặc xử phạt tài chính nặng đối với các cơ sở cố tình xả thẳng nước thải đậm đặc mà không qua bể lắng lọc sơ bộ. Bắt buộc 100% hộ chăn nuôi lợn phải xây dựng hầm biogas đạt chuẩn trước năm 2018.

Thứ ba, quy hoạch di dời các cơ sở sản xuất vào cụm công nghiệp làng nghề. Cơ quan quản lý đô thị và tài nguyên môi trường cần xúc tiến quy hoạch khu sản xuất tiểu thủ công nghiệp tập trung với diện tích khoảng 15 đến 20 ha tách biệt khỏi khu dân cư, đặt mục tiêu di dời toàn bộ hơn 700 hộ sản xuất bún vào cụm công nghiệp trước năm 2025 nhằm tách riêng dòng thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt.

Thứ tư, thiết lập cơ chế tài chính bền vững và huy động sự tham gia của cộng đồng. Thành lập Quỹ Bảo vệ môi trường làng nghề Khắc Niệm với mức đóng góp từ 50.000 đến 100.000 đồng/hộ sản xuất/tháng để chi trả cho hoạt động nạo vét, khơi thông hệ thống cống rãnh nội bộ định kỳ 2 lần/năm. Tổ chức mạng lưới giám sát cộng đồng kết hợp quan trắc định kỳ 4 lần/năm nhằm phát hiện sớm các sự cố môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

Nhóm thứ nhất là các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Chi cục Bảo vệ Môi trường, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Bắc Ninh, UBND cấp xã/phường). Luận văn cung cấp bức tranh số liệu thực tế về lưu lượng xả thải 3.150 m3/ngày và mức độ quá tải môi trường, làm căn cứ vững chắc để xây dựng kế hoạch quản lý môi trường làng nghề theo Quyết định 249/2014/QĐ-UBND và hoạch định các chính sách kiểm soát xả thải cấp địa phương.

Nhóm thứ hai là các nhà khoa học, giảng viên, học viên cao học và sinh viên thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Đất đai và Phát triển Nông thôn. Luận văn đóng vai trò là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp giữa điều tra xã hội học (cỡ mẫu 60 hộ, họp nhóm 30 người) và quy trình quan trắc hóa lý theo chuẩn QA/QC.

Nhóm thứ ba là các doanh nghiệp, kỹ sư tư vấn thiết kế công nghệ môi trường. Các chuyên gia kỹ thuật có thể khai thác các thông số đặc thù của dòng thải chế biến bún (hàm lượng COD lên tới 3.029 mg/l, BOD5 đạt 1.521 mg/l) để tính toán tải lượng, thiết kế các module xử lý nước thải giàu chất hữu cơ quy mô tập trung hoặc phân tán tối ưu về mặt chi phí.

Nhóm thứ tư là Ban quản lý làng nghề, các chủ cơ sở sản xuất và cộng đồng cư dân tại các làng nghề nông sản thực phẩm. Luận văn giúp nâng cao nhận thức về nguy cơ sức khỏe từ ô nhiễm nước thải (30% tỷ lệ mắc bệnh hô hấp), đồng thời hướng dẫn các biện pháp cải tiến quy trình công nghệ nhằm giảm lượng nước tiêu thụ từ 3,8 m3 xuống mức thấp hơn cho mỗi 100 kg thành phẩm.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến nước thải sản xuất bún tại Khắc Niệm có nồng độ COD và BOD5 vượt quy chuẩn từ 8,5 đến 25,35 lần là gì? Hiện tượng này xuất phát từ việc quy trình chế biến bún tiêu thụ lượng nước lớn (3,8 m3/100 kg sản phẩm) và phát sinh dòng thải đậm đặc tinh bột qua các công đoạn ngâm, vo gạo, xay bột ướt. Lượng tinh bột dư thừa kết hợp với nước thải từ đàn lợn 8.100 con nhanh chóng bị phân hủy yếm khí tạo ra hàm lượng chất hữu cơ hòa tan cực cao, đẩy chỉ số COD lên tới 3.029 mg/l và BOD5 lên 1.521 mg/l tại các cửa xả.

Mỗi ngày làng nghề Khắc Niệm xả ra môi trường bao nhiêu mét khối nước thải và lượng nước này đi về đâu? Tổng lưu lượng nước thải phát sinh từ 3 thôn sản xuất bún chính (Tiền Trong, Tiền Ngoài, Mồ) đạt khoảng 3.150 m3/ngày. Do trạm xử lý nước thải thí điểm mới chỉ vận hành công suất 400 m3/ngày, lượng nước thải chưa qua xử lý lên tới khoảng 2.750 m3/ngày (87,3%) đang chảy trực tiếp vào hệ thống kênh rãnh, kênh T22 và đổ thẳng ra sông Tào Khê, gây ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu liên huyện.

Chất lượng nước mặt tại các kênh mương và ao hồ ở phường Khắc Niệm bị suy giảm ở mức độ nào? Toàn bộ 5/5 điểm nước mặt được khảo sát đều vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT (cột B1). Đáng chú ý, tại kênh T22 tiếp nhận nước thải thôn Mồ, COD đạt 423 mg/l (vượt 14,1 lần) và BOD5 đạt 200,6 mg/l (vượt 13,4 lần). Nồng độ oxy hòa tan DO trong các ao hồ bị sụt giảm nghiêm trọng xuống mức 1,2 - 3,6 mg/l, khiến nguồn nước chuyển màu đen, bốc mùi hôi thối và hủy diệt hệ thủy sinh vật.

Nước thải ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp như thế nào đến sức khỏe của người dân làng nghề Khắc Niệm? Môi trường nước và không khí bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề đã tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Kết quả điều tra 60 hộ gia đình cho thấy 30% người dân mắc các bệnh lý về đường hô hấp do hít thở khí độc từ quá trình phân hủy tinh bột, 28% mắc các bệnh tai mũi họng, cùng tỷ lệ cao người lao động bị viêm da do tiếp xúc thường xuyên với nguồn nước nhiễm khuẩn Coliform vượt chuẩn từ 4 đến 6,5 lần.

Giải pháp kỹ thuật nào được xem là tối ưu và khả thi nhất để xử lý triệt để nước thải sản xuất bún tại đây? Giải pháp tối ưu là xây dựng hệ thống xử lý tập trung công suất 3.500 m3/ngày kết hợp các bể xử lý sơ bộ tại hộ gia đình. Công nghệ áp dụng bao gồm hệ thống tách lọc bã tinh bột mịn tại chỗ, tiếp nối bằng bể kỵ khí UASB có thu hồi khí mê-tan và bể bùn hoạt tính hiếu khí. Mô hình công nghệ này cho phép giảm thiểu từ 85% đến 90% nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Kết luận

  • Luận văn đã định lượng chính xác quy mô phát thải của làng nghề sản xuất bún Khắc Niệm với tổng lưu lượng nước thải đạt khoảng 3.150 m3/ngày từ hơn 700 hộ sản xuất, trong đó trên 87% lượng thải xả trực tiếp ra môi trường tự nhiên.
  • Kết quả quan trắc thực nghiệm chỉ ra mức độ ô nhiễm hữu cơ đặc biệt nghiêm trọng với hàm lượng TSS, COD, BOD5 và Coliform trong nước thải vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT từ 1,05 đến 31,8 lần, đồng thời làm suy thoái nặng nề nguồn nước mặt sông Tào Khê.
  • Nghiên cứu đã làm rõ mối liên hệ giữa điều kiện công nghệ sản xuất lạc hậu (hơn 89% hộ dùng thiết bị thủ công và bán thủ công) với tình trạng gia tăng các bệnh lý hô hấp (30%) và tai mũi họng (28%) ở cộng đồng dân cư địa phương.
  • Hệ thống 6 nhóm giải pháp toàn diện đã được xây dựng, bao gồm nâng cấp trạm xử lý lên công suất 3.500 m3/ngày, di dời sản xuất vào cụm công nghiệp tập trung, siết chặt chế tài quản lý theo Quyết định 249/2014/QĐ-UBND và thành lập quỹ môi trường cộng đồng.
  • Lộ trình thực hiện khuyến nghị chia làm 2 giai đoạn then chốt: giai đoạn 2016-2020 tập trung hoàn thiện hạ tầng xử lý nước thải tập trung và giai đoạn đến năm 2025 hoàn thành di dời 100% cơ sở sản xuất ra khỏi khu dân cư.

Công trình là tài liệu khoa học và thực tiễn có giá trị cao, kêu gọi sự vào cuộc quyết liệt và đồng bộ của chính quyền các cấp tỉnh Bắc Ninh, các nhà khoa học cùng toàn thể cộng đồng làng nghề nhằm chung tay bảo vệ môi trường, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững làng nghề bún truyền thống Khắc Niệm.