Tổng quan nghiên cứu
Ngành chế biến lương thực, thực phẩm tại Việt Nam hiện có 197 làng nghề, trong đó khu vực miền Bắc tập trung nhiều nhất với 134 làng nghề, chiếm tỷ lệ 68,02%. Làng nghề sản xuất miến dong tại xã Đông Thọ, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình là một trong những cơ sở sản xuất truyền thống lâu đời với 321 hộ làm nghề, thu hút trên 1.200 lao động và tạo ra giá trị sản xuất tiểu thủ công nghiệp đạt 86,37 tỷ đồng mỗi năm. Tuy nhiên, sự gia tăng mạnh mẽ về quy mô sản xuất tự phát đã kéo theo cuộc khủng hoảng môi trường nước nghiêm trọng.
Vấn đề cốt lõi của địa phương là lượng nước thải sản xuất phát sinh trong mùa vụ cao điểm lên tới 6.741 m3/ngày, hòa lẫn với 3.872,4 m3/ngày nước thải sinh hoạt và xả thẳng ra hệ thống kênh rương mà không qua hệ thống xử lý đạt chuẩn. Đề tài hướng tới mục tiêu đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm môi trường nước và xác định nguyên nhân phát sinh chất thải tại làng nghề Đông Thọ, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp quản lý cùng công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội địa phương.
Nghiên cứu tập trung khảo sát thực địa tại hai thôn nòng cốt là thôn Đoàn Kết và thôn Thống Nhất trong đợt sản xuất cao điểm tháng 1 năm 2017. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp hệ thống số liệu định lượng chính xác khi ghi nhận chỉ số BOD5 vượt tới 16,6 lần và COD vượt 9,15 lần quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, tạo cơ sở khoa học vững chắc giúp chính quyền địa phương hoàn thiện tiêu chí số 17 về Môi trường trong Chương trình Mục tiêu Quốc gia về xây dựng nông thôn mới.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu vận dụng hai khung lý thuyết nền tảng gồm Lý thuyết Quản lý Môi trường Dựa vào Cộng đồng và Lý thuyết Sản xuất Sạch hơn trong công nghiệp chế biến nông sản. Mô hình nghiên cứu được xây dựng dựa trên phương pháp Đánh giá Dòng vật chất xuyên suốt chuỗi sản xuất miến dong: cứ 1 tấn nguyên liệu tinh bột dong riềng tiêu tốn khoảng 22,5 m3 nước ngâm rửa và 50 kg than đá để cho ra 800 đến 900 kg miến thành phẩm, đồng thời giải phóng toàn bộ lượng nước thải đậm đặc ra môi trường ngoài.
Các khái niệm then chốt được phân tích chuyên sâu gồm: Tải lượng ô nhiễm hữu cơ biểu thị qua nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), quá trình phân hủy kỵ khí tinh bột tạo mùi hôi chua, và hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước mặt do tích tụ hợp chất Nitơ và Photpho.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu của luận văn kết hợp giữa dữ liệu thứ cấp từ Đề án quản lý môi trường làng nghề 2014-2016 của Liên minh Hợp tác xã Việt Nam cùng báo cáo kinh tế - xã hội xã Đông Thọ, và dữ liệu sơ cấp thu thập qua điều tra 321 hộ sản xuất miến. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 10 mẫu nước đặc trưng, bao gồm 05 mẫu nước thải, 03 mẫu nước mặt và 02 mẫu nước ngầm tầng nông.
Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại các điểm phát thải đại diện: nước rửa bột tại xưởng, nước sau bể lắng hộ gia đình, mương thoát nước chung của thôn Đoàn Kết và Thống Nhất, kênh thủy lợi tiếp nhận và giếng khoan sinh hoạt sâu 8 đến 12m của người dân.
Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 6491:1999 đo COD bằng Bicromat với độ chính xác 10^-2 ppm; TCVN 6001:1995 đo BOD5 bằng thiết bị áp kế thủy ngân WTW; TCVN 4560:1998 sấy khô TSS ở 105 độ C) là nhằm bảo đảm tính khách quan, độ tin cậy cao và tính pháp lý khi đối chiếu trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Timeline lấy mẫu và phân tích thực hiện tập trung vào ngày 06 tháng 01 năm 2017.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Kết quả phân tích 10 mẫu nước tại phòng thí nghiệm đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về mức độ suy thoái môi trường tại làng nghề miến Đông Thọ:
Thứ nhất, nước thải ngâm rửa bột có tính axit rất mạnh với độ pH giảm sâu xuống 2,86 tại nhà hộ sản xuất thôn Đoàn Kết và 3,04 tại thôn Thống Nhất, thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép từ 5,5 đến 9,0 của QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Hàm lượng TSS trong nước thải dao động từ 251 đến 459 mg/l, vượt quy chuẩn từ 2,51 đến 4,59 lần.
Thứ hai, tải lượng ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất ở mức báo động. Chỉ số COD dao động từ 719 đến 1.372 mg/l, vượt quy chuẩn cho phép từ 4,79 đến 9,15 lần; chỉ số BOD5 dao động từ 480,6 đến 830 mg/l, vượt quy chuẩn từ 9,6 đến 16,6 lần.
Thứ ba, hệ thống nước mặt tiếp nhận bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nghiêm trọng. Nước kênh thủy lợi nhận nước thải ghi nhận hàm lượng Amoni lên tới 9,038 mg/l, vượt tiêu chuẩn cột B1 QCVN 08-MT:2015/BTNMT tới hơn 10 lần; chỉ số Nitrat đạt 81 mg/l, vượt quy chuẩn 5,4 lần; hàm lượng Phosphat dao động từ 0,62 đến 0,75 mg/l, vượt 2,07 đến 2,5 lần; lượng oxy hòa tan suy giảm nghiêm trọng chỉ còn 3,15 mg/l.
Thứ tư, hiệu quả xử lý của hệ thống bể lắng 3 ngăn tại hộ gia đình rất hạn chế. Bể lắng chỉ giúp giảm TSS từ 395 mg/l xuống 251 mg/l (hiệu suất 36,4%) và giảm COD từ 1.281 mg/l xuống 732 mg/l (hiệu suất 42,8%), nồng độ các chất ô nhiễm sau xử lý sơ bộ vẫn vượt quy chuẩn từ 2,5 đến 4,8 lần.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm là do quy trình ngâm tẩy bột sử dụng lượng lớn hóa chất như KMnO4, Na2SO3, H2SO4 kết hợp sự lên men yếm khí nhanh chóng của lượng tinh bột dong dư thừa trong nước ngâm. Nước thải không được thu gom riêng mà hòa chung nước thải sinh hoạt và xả trực tiếp vào hệ thống kênh mương chưa được kiên cố hóa.
So sánh với các làng nghề chế biến nông sản khác, nồng độ ô nhiễm tại Đông Thọ trong mùa cao điểm cao gấp 2,3 đến 3,0 lần so với làng nghề miến Dương Liễu ở thời điểm thấp điểm (COD đạt 586 mg/l, BOD5 đạt 275 mg/l), nhưng thấp hơn làng nghề miến Cự Đà (COD đạt 4.350 mg/l, BOD5 đạt 2.275 mg/l). Tuy nhiên, đặc thù tại Đông Thọ là nguồn thải phân tán trong khu dân cư với hơn 80% số hộ làm nghề, gây khó khăn lớn cho công tác kiểm soát.
Các dữ liệu nghiên cứu này có thể được biểu diễn một cách trực quan thông qua biểu đồ cột kép thể hiện sự chênh lệch giữa giá trị đo đạc thực tế và ngưỡng giới hạn QCVN, kết hợp biểu đồ phân bố tải lượng ô nhiễm giữa các thôn và sơ đồ phân vùng ô nhiễm nước mặt trên bản đồ GIS địa phương.
Đề xuất và khuyến nghị
Nhằm giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại làng nghề Đông Thọ, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp đồng bộ:
Thứ nhất, hoàn thiện thể chế và nâng cao năng lực quản lý môi trường cấp xã. Thành lập Tổ tự quản bảo vệ môi trường làng nghề trong quý 2 năm 2017, tổ chức định kỳ 04 đợt tập huấn chuyên môn mỗi năm cho đội ngũ cán bộ cơ sở nhằm nâng tỷ lệ cán bộ nắm vững nghiệp vụ môi trường từ 5% lên 100%, do UBND xã Đông Thọ chủ trì thực hiện.
Thứ hai, áp dụng rộng rãi cách tiếp cận Sản xuất Sạch hơn tại 321 hộ làm nghề. Hướng dẫn các hộ cải tiến quy trình ngâm rửa bột nhiều tầng và lắp đặt lưới chắn lọc thu hồi triệt để bã thải tinh bột, đặt mục tiêu giảm từ 20% đến 30% lượng nước tiêu thụ (tiết kiệm khoảng 4,5 đến 6,7 m3 nước cho mỗi tấn bột), hoàn thành chuyển giao kỹ thuật trước quý 4 năm 2017 dưới sự phối hợp của Hội Nông dân và Hợp tác xã.
Thứ ba, nâng cấp hệ thống kỹ thuật xử lý nước thải tại nguồn kết hợp xử lý tập trung. Cải tạo bể lắng 3 ngăn tại các hộ gia đình thành mô hình bể lắng kết hợp lọc kỵ khí và tầng than hoạt tính, hướng đến mục tiêu giảm thiểu trên 70% hàm lượng BOD5 và TSS trước khi thoát nước ra mương chung trong giai đoạn 2017 - 2018.
Thứ tư, tái cấu trúc không gian sản xuất làng nghề theo hướng bền vững. Lập quy hoạch di dời các công đoạn phát sinh nhiều chất thải vào Cụm công nghiệp làng nghề tập trung quy mô 5 ha tại xã Đông Thọ trong lộ trình 2018 - 2020 do UBND huyện Đông Hưng và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình phê duyệt.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và thực tiễn giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng:
Cán bộ quản lý nhà nước về môi trường cấp xã và huyện: Vận dụng số liệu thực chứng và khung quản lý môi trường dựa vào cộng đồng để ban hành hương ước làng nghề, xây dựng quy chế xả thải và hoàn thiện tiêu chí nông thôn mới số 17.
Kỹ sư và chuyên gia công nghệ môi trường: Khai thác các đặc tính hóa lý chi tiết của dòng thải (pH từ 2,86 đến 3,04; COD lên tới 1.372 mg/l; BOD5 lên tới 830 mg/l) để thiết kế các modul xử lý nước thải sinh học chi phí thấp, tối ưu hóa quá trình trung hòa axit và lắng cặn tinh bột.
Chủ cơ sở và các hộ gia đình sản xuất miến dong: Tiếp cận các giải pháp sản xuất sạch hơn để tối ưu hóa lượng nước cấp tiêu hao 22,5 m3/tấn nguyên liệu, thu hồi bột thừa và giảm thiểu chi phí năng lượng đốt than.
Học viên cao học, sinh viên và nhà nghiên cứu chuyên ngành Môi trường: Tham khảo quy trình thiết kế nghiên cứu đánh giá hiện trạng ô nhiễm làng nghề, phương pháp lấy mẫu phân tầng và cách tiếp cận liên ngành áp dụng cho 197 làng nghề thực phẩm trên cả nước.
Câu hỏi thường gặp
Đặc trưng ô nhiễm nổi bật nhất của nước thải sản xuất miến dong tại xã Đông Thọ là gì?
Nước thải sản xuất miến dong có độ pH mang tính axit cực cao (pH từ 2,86 đến 3,04) do quá trình ngâm chua lên men tinh bột. Đồng thời, nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ đậm đặc với COD lên tới 1.372 mg/l và BOD5 đạt 830 mg/l, vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia từ 9,15 đến 16,6 lần.
Lưu lượng nước thải phát sinh hàng ngày tại làng miến Đông Thọ là bao nhiêu?
Trong các tháng cao điểm giáp Tết, toàn xã có 321 hộ sản xuất với định mức xả thải trung bình 21 m3/hộ/ngày (chiếm 70% lượng nước cấp 30 m3). Tổng lượng nước thải sản xuất phát sinh đạt 6.741 m3/ngày, hòa lẫn cùng 3.872,4 m3/ngày nước thải sinh hoạt tạo áp lực xả thải khổng lồ.
Hệ thống bể lắng 3 ngăn tại hộ gia đình có đáp ứng được yêu cầu xả thải không?
Bể lắng 3 ngăn truyền thống chỉ đóng vai trò lắng cặn thô cơ học, không xử lý được các hợp chất hữu cơ hòa tan. Nước sau bể lắng hộ gia đình vẫn còn hàm lượng COD tới 732 mg/l và BOD5 đạt 480,6 mg/l, vượt quy chuẩn môi trường cột B trên 4,8 lần.
Nguồn nước mặt tiếp nhận quanh làng nghề bị suy thoái ở mức độ nào?
Nước tại các kênh mương và kênh thủy lợi bị phú dưỡng hóa và ô nhiễm nặng. Điển hình tại mẫu nước kênh thủy lợi, hàm lượng Amoni đo được là 9,038 mg/l (vượt quy chuẩn cột B1 hơn 10 lần), Nitrat đạt 81 mg/l (vượt 5,4 lần) và oxy hòa tan sụt giảm còn 3,15 mg/l.
Giải pháp công nghệ nào phù hợp nhất cho các hộ sản xuất nhỏ lẻ tại địa phương?
Giải pháp khả thi nhất là cải tiến bể lắng kết hợp lọc kỵ khí qua lớp đệm than hoạt tính và chế phẩm vi sinh. Hệ thống này có chi phí đầu tư thấp, chiếm diện tích nhỏ và giúp nâng hiệu suất xử lý chất hữu cơ BOD5 cùng chất rắn lơ lửng TSS lên trên 70%.
Kết luận
- Luận văn đã định lượng chính xác quy mô phát sinh nước thải sản xuất 6.741 m3/ngày tại 321 hộ làm nghề miến dong xã Đông Thọ.
- Phân tích thực chứng mức độ ô nhiễm vượt ngưỡng nghiêm trọng của nước thải với BOD5 vượt tới 16,6 lần và COD vượt 9,15 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT.
- Chứng minh sự suy thoái nặng nề của hệ thống nước mặt nông nghiệp với nồng độ Amoni vượt hơn 10 lần tiêu chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
- Đề xuất hệ thống giải pháp liên hoàn kết hợp quản lý môi trường dựa vào cộng đồng, sản xuất sạch hơn và công nghệ xử lý sinh học chi phí thấp.
- Vạch rõ lộ trình quy hoạch Cụm công nghiệp làng nghề 5 ha giai đoạn 2018 - 2020 nhằm bảo đảm mục tiêu phát triển kinh tế gắn với bảo vệ sinh thái bền vững.
Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học toàn diện và mô hình quản lý thực tiễn cho làng nghề miến dong Đông Thọ nói riêng và hệ thống 197 làng nghề thực phẩm toàn quốc nói chung. Hãy chủ động nghiên cứu và áp dụng ngay các giải pháp kỹ thuật, quản lý tiên tiến từ luận văn nhằm chung tay bảo vệ môi trường nông thôn ngày càng xanh, sạch và phát triển thịnh vượng.