Tổng quan nghiên cứu

Vịnh Hạ Long là di sản thiên nhiên thế giới chịu áp lực môi trường rất lớn từ các hoạt động kinh tế ven bờ, đặc biệt là hoạt động khai thác và vận chuyển than. Hàng năm, vùng vịnh tiếp nhận khoảng 135.000 tấn kim loại nặng và hơn 777.500 tấn chất rắn lơ lửng từ các nguồn thải đất liền. Trong đó, cụm cảng Nam Cầu Trắng thuộc thành phố Hạ Long là đầu mối xuất than trọng điểm với sản lượng đạt trên 5 triệu tấn mỗi năm, phục vụ hàng chục lượt tàu có trọng tải lên đến 5.000 DWT cập cảng mỗi ngày. Hoạt động bốc rót than cùng lượng phương tiện thủy cơ giới lưu thông dày đặc đã làm gia tăng nguy cơ phát tán bụi than, dầu mỡ khoáng và các kim loại nặng độc hại vào thủy vực ven bờ.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm, mức độ tích lũy của 4 kim loại nặng nguy hại gồm Asen, Thủy ngân, Chì, Cadimi cùng chỉ tiêu dầu mỡ khoáng trong môi trường nước biển tầng mặt và trầm tích đáy. Không gian nghiên cứu bao phủ diện tích khoảng 1,5 km2 mặt nước ven bờ vịnh Hạ Long và dọc tuyến luồng hàng hải Nam Cầu Trắng. Khảo sát thực địa được chia thành 2 đợt vào tháng 9 năm 2018 (đại diện cho mùa mưa) và tháng 2 năm 2019 (đại diện cho mùa khô). Kết quả đề tài cung cấp bộ dữ liệu định lượng chính xác, tạo tiền đề khoa học vững chắc giúp các cơ quan quản lý nhà nước xây dựng phương án kiểm soát, hướng đến mục tiêu cắt giảm từ 30% đến 50% nguy cơ ô nhiễm cục bộ tại các khu vực cảng than ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết lan truyền và tích lũy chất ô nhiễm trong môi trường nước đới ven bờ kết hợp với mô hình hàm tương quan địa hóa trầm tích. Mức độ tích lũy các nguyên tố kim loại nặng trong trầm tích được mô tả qua hàm đa biến phụ thuộc vào quá trình hình thành đá, tác động thủy học, đặc điểm địa lý, hoạt động khai khoáng và tác động nhân tạo. Khung lý thuyết tập trung vào các quá trình hấp phụ hóa học lên các oxit sắt, mangan, sự tạo phức với chất hữu cơ và cơ chế sa lắng của các hạt keo.

Ba nhóm khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm:

  1. Kim loại nặng độc hại: Các nguyên tố có tỷ trọng lớn hơn 5 g/cm3 (Pb, Cd, As, Hg), có khả năng tích lũy sinh học qua chuỗi thức ăn và gây độc tính mạn tính cho thủy sinh vật.
  2. Dầu mỡ khoáng: Hỗn hợp hydrocarbon mạch chuỗi từ C5 đến C20+, tạo màng ngăn cản quá trình trao đổi oxy hòa tan trên bề mặt nước biển và ngưng tụ vào trầm tích đáy.
  3. Trầm tích tầng mặt đới ven bờ: Lớp vật chất bồi lắng đáy dày từ 8 đến 12 cm, đóng vai trò là bể chứa cuối cùng và là chỉ thị tin cậy phản ánh lịch sử ô nhiễm dài hạn của thủy vực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập đồng bộ qua 56 mẫu phân tích, gồm 28 mẫu nước mặt và 28 mẫu trầm tích đáy tại 7 trạm quan trắc cố định (ký hiệu từ QT1 đến QT7) trải dài từ trung tâm cụm cảng ra xa bờ 1.500 m. Cỡ mẫu này đảm bảo tính đại diện thống kê cho toàn bộ luồng vận chuyển than. Phương pháp chọn mẫu hỗn hợp được tiến hành ở 2 pha thủy triều đối lập (triều lên và triều xuống) trong 2 mùa khí hậu điển hình (tháng 9/2018 mùa mưa và tháng 2/2019 mùa khô). Nước mặt được lấy ở độ sâu 20 cm bằng thiết bị Water Mark 2,2 lít và cố định bằng dung dịch axit nitric đậm đặc. Trầm tích đáy được thu thập bằng gầu WildCo thể tích 10 lít, sấy khô ở nhiệt độ 60 độ C và rây qua cỡ hạt 1 mm.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS trên hệ thống thiết bị lò graphite M6 Thermo Electron và phương pháp huỳnh quang so màu dầu mỡ trên máy TD-3100 tại phòng thí nghiệm VILAS 396 là nhằm đảm bảo độ nhạy cao và giới hạn phát hiện ở nồng độ vết. Toàn bộ quy trình xử lý và kiểm định số liệu thực hiện trên phần mềm Microsoft Excel, đối chiếu nghiêm ngặt theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 10-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước biển và QCVN 43:2017/BTNMT về chất lượng trầm tích đáy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu thực nghiệm tại 7 điểm quan trắc mang lại 4 phát hiện quan trọng về hiện trạng môi trường tại cụm cảng Nam Cầu Trắng:

Thứ nhất, hàm lượng amoni (NH4+) trong nước tầng mặt tại khu vực trung tâm bến rót than (SW01) ở mức rất cao, đạt 0,89 mg/l vào mùa mưa và 0,84 mg/l vào mùa khô. Giá trị này vượt quy chuẩn QCVN 10-MT:2015/BTNMT đối với vùng nuôi trồng thủy sản (ngưỡng giới hạn 0,1 mg/l) tới 8,9 lần và vượt ngưỡng dành cho bãi tắm (0,5 mg/l) khoảng 1,78 lần.

Thứ hai, hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và độ đục biến thiên mạnh theo khoảng cách địa lý. Tại trạm trung tâm cảng SW01 và trạm luồng vận chuyển than SW06, TSS dao động từ 31 đến 38 mg/l. Tuy nhiên, khi ra xa bờ 1.500 m tại trạm SW07, nồng độ TSS giảm xuống chỉ còn 10 đến 11 mg/l, tương đương mức suy giảm khoảng 71% so với khu vực cảng. Nồng độ NH4+ tại trạm SW07 cũng giảm mạnh hơn 90%, chỉ còn 0,08 - 0,09 mg/l.

Thứ ba, sự tích lũy dầu mỡ khoáng và kim loại nặng trong trầm tích đáy cao vượt trội so với tầng nước mặt. Dầu mỡ khoáng trong nước có xu hướng bám dính vào các hạt bụi than lơ lửng rồi lắng đọng xuống đáy biển, tạo nên các lớp bùn đáy sẫm màu có nguy cơ giải phóng ngược kim loại nặng vào nước khi gặp điều kiện xáo trộn thủy động lực học.

Thứ tư, yếu tố mùa vụ và thủy triều tác động rõ rệt đến hàm lượng chất ô nhiễm. Vào mùa mưa, lượng mưa trung bình tháng 7 đạt 467 mm tạo ra dòng chảy tràn mặt rửa trôi bến bãi, khiến nồng độ kim loại nặng và TSS tăng cao hơn mùa khô từ 15% đến 25%. Đồng thời, thời điểm triều xuống ghi nhận nồng độ các chất ô nhiễm cục bộ cao hơn so với thời điểm triều lên do lượng nước biển pha loãng bị suy giảm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm cục bộ là do hơn 300 phương tiện vận tải thủy hoạt động thường xuyên tại cảng, trong đó đa số là tàu thuyền công suất dưới 220 KW không có hệ thống xử lý nước la canh nhiễm dầu, xả thải trực tiếp xuống biển. Thêm vào đó, nước mưa chảy tràn qua bề mặt bãi chứa than cuốn theo lượng lớn bụi than và khoáng chất chưa qua lắng lọc.

So sánh với các nghiên cứu lân cận, mức độ tích lũy dầu mỡ khoáng tại Nam Cầu Trắng có tính chất tương đồng với vùng nước cảng Cái Lân (nơi hàm lượng dầu từng đạt 1,75 mg/l) và khu vực trầm tích Cửa Lục (hàm lượng dầu lên đến 752,85 mg/kg). Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn rõ ràng qua bảng ma trận đối sánh lý hóa giữa 2 mùa và đồ thị đường biểu diễn sự suy giảm nồng độ chất ô nhiễm theo hướng từ bờ ra khơi, minh chứng cho quy luật lan truyền và pha loãng tự nhiên của thủy vực.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả quan trắc thực tế, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường đới bờ:

Thứ nhất, nâng cấp hạ tầng kỹ thuật thu gom và xử lý nước mưa chảy tràn tại cụm cảng. Đơn vị quản lý cần xây dựng hệ thống mương gom kín bao quanh bãi than và trạm lắng lọc cơ học nhiều cấp kết hợp bể tách dầu tự động. Mục tiêu đặt ra là xử lý 100% lượng nước chảy tràn bề mặt, cắt giảm tối thiểu 80% lượng than bùn và chất lơ lửng thất thoát ra biển, hoàn thành trong giai đoạn 2019 - 2020 do Công ty Kho vận Hòn Gai - Vinacomin chủ trì thực hiện.

Thứ hai, kiểm soát nghiêm ngặt nguồn phát thải từ các phương tiện vận tải thủy. Cần ban hành quy chế bắt buộc lắp đặt két chứa nước la canh và xây dựng trạm tiếp nhận chất thải dầu nổi tập trung tại cầu cảng. Mục tiêu đạt tỷ lệ 100% tàu cập cảng không xả trộm nước thải lẫn dầu ra vịnh, thực hiện định kỳ từ năm 2019 đến năm 2021 dưới sự giám sát của Cảng vụ Hàng hải Quảng Ninh.

Thứ ba, thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và cảnh báo sớm chất lượng môi trường nước. Cần bổ sung trạm đo tự động liên tục các thông số pH, DO, độ đục, dầu mỡ tại 7 vị trí trọng điểm của cảng, duy trì tần suất lấy mẫu định kỳ 4 lần/năm để kịp thời phát hiện sự cố rò rỉ dầu trong vòng dưới 24 giờ. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh là cơ quan đầu mối triển khai.

Thứ tư, áp dụng triệt để nguyên tắc kinh tế môi trường "Người gây ô nhiễm phải trả tiền". Xây dựng cơ chế thu phí bảo vệ môi trường đối với khối lượng than bốc dỡ qua cảng và phương tiện neo đậu. Nguồn thu này đóng góp tối thiểu 15% vào quỹ phục hồi và nạo vét trầm tích ô nhiễm ven bờ vịnh Hạ Long hàng năm do Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Ninh phê duyệt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Các cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và Ban Quản lý Vịnh Hạ Long có thể sử dụng số liệu thực chứng để xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường đới bờ, phân vùng kiểm soát xả thải và hoàn thiện quy chuẩn kỹ thuật địa phương.
  2. Doanh nghiệp ngành than và vận tải cảng biển: Lãnh đạo và kỹ sư môi trường tại Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) cùng các đơn vị kho vận có thể ứng dụng mô hình quản lý bến bãi, nâng cấp công nghệ băng tải kín và hệ thống tách dầu nhằm đáp ứng tiêu chuẩn kiểm toán môi trường.
  3. Học viên, sinh viên và nhà nghiên cứu học thuật: Các nhà khoa học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Biển có thể tham khảo phương pháp luận phân tích mẫu đa pha triều, cách thức xử lý số liệu địa hóa trầm tích và quy trình quan trắc chuẩn VILAS.
  4. Tổ chức bảo tồn thiên nhiên và phát triển bền vững: Các chuyên gia đánh giá tác động môi trường và các tổ chức phi chính phủ có thể trích xuất dữ liệu cơ sở phục vụ các chương trình bảo vệ di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long khỏi rủi ro ô nhiễm công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần quan trắc đồng thời cả chất lượng nước mặt và trầm tích đáy biển? Nước mặt phản ánh nồng độ chất ô nhiễm tức thời theo chu kỳ triều, trong khi trầm tích đáy là nơi lưu giữ và tích tụ kim loại nặng cùng dầu mỡ qua nhiều năm. Khi xảy ra biến động dòng chảy, các chất độc trong trầm tích đáy có thể tái hòa tan vào nước, gây nguy cơ ngộ độc thứ cấp cho sinh vật biển.

Nguồn phát sinh dầu mỡ khoáng chính tại cụm cảng Nam Cầu Trắng đến từ đâu? Ô nhiễm dầu chủ yếu bắt nguồn từ hơn 300 tàu thuyền loại nhỏ thường xuyên hoạt động nhưng thiếu thiết bị phân ly dầu nước, dẫn đến việc xả trực tiếp nước la canh. Ngoài ra, nước mưa chảy tràn qua mặt bằng bến cảng cuốn theo dầu bôi trơn từ máy xúc, xe tải và băng tải than cũng đóng góp lượng đáng kể.

Hoạt động vận chuyển than làm biến đổi chỉ số pH và chất rắn lơ lửng (TSS) ra sao? Bụi than và bùn than rơi vãi khi gặp nước mưa tạo ra dòng chảy có tính axit nhẹ, làm giảm giá trị pH tại khu vực trung tâm cảng xuống mức 7,56. Đồng thời, quá trình bốc rót làm tăng nồng độ TSS lên tới 38 mg/l, cao gấp gần 4 lần so với vùng nước ngoài khơi xa bờ 1.500 m.

Yếu tố thủy triều và mùa vụ ảnh hưởng thế nào đến sự phân tán kim loại nặng? Vào mùa mưa, lượng mưa lớn làm tăng tải lượng rửa trôi bến bãi, khiến nồng độ kim loại nặng tăng từ 15% đến 25% so với mùa khô. Khi triều rút, chất ô nhiễm bị kéo dọc theo luồng vận chuyển than ra phía vịnh với nồng độ đậm đặc hơn thời điểm triều lên.

Nguyên tắc "Người gây ô nhiễm phải trả tiền" được áp dụng cụ thể như thế nào? Nguyên tắc này yêu cầu các đơn vị bốc dỡ than và chủ phương tiện thủy phải chi trả phí xử lý chất thải nguy hại và phí bảo vệ môi trường tương ứng với khối lượng than thông qua cảng (khoảng 5 triệu tấn/năm), tạo nguồn kinh phí nạo vét và xử lý bùn đáy định kỳ.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định cụm cảng Nam Cầu Trắng là điểm nóng chịu sức ép môi trường lớn từ hoạt động xuất 5 triệu tấn than/năm và hơn 300 phương tiện thủy cơ giới.
  • Nghiên cứu định lượng chính xác mức độ ô nhiễm qua 56 mẫu phân tích, chỉ ra nồng độ amoni tại trung tâm cảng đạt 0,89 mg/l, vượt tiêu chuẩn nuôi trồng thủy sản tới 8,9 lần.
  • Đã làm rõ quy luật tích tụ vượt trội của dầu mỡ khoáng và kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg) trong lớp trầm tích đáy so với nước tầng mặt, cũng như xu hướng suy giảm nồng độ hơn 70% khi lan truyền ra xa bờ 1.500 m.
  • Hệ thống hóa 4 nhóm giải pháp toàn diện bao gồm công nghệ xử lý nước chảy tràn, kiểm soát nước la canh tàu thuyền, quan trắc tự động và công cụ kinh tế môi trường.
  • Kế hoạch hành động hướng tới việc hoàn thiện lắp đặt hệ thống tách dầu bến bãi trong giai đoạn 2019 - 2021 nhằm bảo tồn bền vững di sản vịnh Hạ Long.

Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp khai thác than cần nhanh chóng đưa các khuyến nghị kỹ thuật này vào thực tiễn vận hành để bảo vệ hệ sinh thái biển ven bờ hiệu quả.