Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam đã tạo ra những bước chuyển dịch kinh tế vượt bậc. Trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ, các khu công nghiệp trên toàn quốc đã đóng góp hơn 33 tỷ USD giá trị sản xuất công nghiệp, chiếm khoảng 38% GDP cả nước, đóng góp kim ngạch xuất khẩu trên 16 tỷ USD và tạo việc làm cho gần 1,2 triệu lao động. Tại tỉnh Bắc Giang, giá trị sản xuất công nghiệp giai đoạn 2011-2015 duy trì mức tăng trưởng ấn tượng, đạt bình quân 29,2%/năm, đưa tỷ trọng công nghiệp trong cơ cấu kinh tế địa phương tăng từ 21,3% năm 2010 lên 30% vào năm 2015.

Bên cạnh những thành tựu kinh tế, áp lực ô nhiễm môi trường từ các khu công nghiệp đang trở thành thách thức lớn đối với công tác quản lý tài nguyên. Khu công nghiệp Đình Trám được thành lập từ ngày 13/5/2003 tại huyện Việt Yên với diện tích quy hoạch 127 ha. Đến cuối năm 2017, khu công nghiệp này đã đạt tỷ lệ lấp đầy 100% với 103 doanh nghiệp hoạt động trong các lĩnh vực đa dạng như điện tử, may mặc, cơ khí, chế biến thức ăn chăn nuôi và sản xuất bao bì nhựa. Tổng lượng nước thải phát sinh thực tế lên tới khoảng 1.880 m³/ngày-đêm, đặt ra gánh nặng lớn cho hệ thống thu gom và xử lý tập trung công suất 2.000 m³/ngày-đêm.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá thực trạng phát sinh, công tác thu gom và xử lý nước thải tại Khu công nghiệp Đình Trám; xác định mức độ tác động của nguồn nước thải sau xử lý đến chất lượng môi trường nước mặt kênh T6 và hệ thống nước ngầm khu vực dân cư lân cận thuộc các xã Hoàng Ninh, Hồng Thái; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp quản lý môi trường và kỹ thuật công nghệ khả thi. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm liên tục từ tháng 5/2017 đến tháng 4/2018, mang lại cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc nhằm giảm thiểu tải lượng ô nhiễm xả ra lưu vực tiếp nhận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước và tiếp cận Sinh thái công nghiệp để phân tích mối quan hệ tương hỗ giữa hoạt động sản xuất, dòng thải và sức chịu tải của môi trường tiếp nhận. Song song đó, nguyên lý Sản xuất sạch hơn được tích hợp nhằm nhận diện tiềm năng giảm thiểu chất thải ngay tại nguồn thông qua tối ưu hóa nguyên vật liệu và quy trình công nghệ.

Các khái niệm chuyên ngành nền tảng được làm rõ bao gồm: nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt, tải lượng chất ô nhiễm, khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận, cùng các chỉ số hóa lý - sinh học tiêu chuẩn như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), các hợp chất chứa nitơ (N-NH4+, N-NO3-), phospho (P-PO43-), Coliform và hàm lượng kim loại nặng độc hại (Pb, Cd, Hg, As, Fe, Cu, Zn, Mn). Hệ thống đánh giá được đối chiếu nghiêm ngặt theo các văn bản pháp luật hiện hành: Luật Bảo vệ Môi trường 2014, Nghị định 18/2015/NĐ-CP, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT), nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT), nước dưới đất (QCVN 09-MT:2015/BTNMT) và tiêu chuẩn nước sinh hoạt (QCVN 01:2009/BYT).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng tổ hợp các phương pháp định lượng và định tính chuẩn mực trong khoa học môi trường:

Phương pháp điều tra sơ cấp thu thập số liệu thông qua phiếu khảo sát cấu trúc tại 30 doanh nghiệp đang hoạt động trong Khu công nghiệp Đình Trám. Cỡ mẫu 30 cơ sở được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên đại diện cho các nhóm ngành nghề chính: may mặc xuất khẩu, gia công cơ khí, linh kiện điện tử, thức ăn chăn nuôi và sản xuất nhựa. Việc điều tra nhằm định lượng chính xác định mức phát sinh dòng thải, hiện trạng vận hành công trình xử lý cục bộ và mức độ tuân thủ thủ tục môi trường của từng cơ sở.

Phương pháp khảo sát thực địa và lấy mẫu phân tích được thực hiện với tổng quy mô 30 mẫu trong chu kỳ quan trắc từ tháng 5/2017 đến tháng 4/2018:

  • 19 mẫu nước thải: Gồm các mẫu nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất lấy tại cửa xả cục bộ của các nhà máy điển hình và trạm xử lý nước thải tập trung trước và sau xử lý.
  • 07 mẫu nước mặt: Lấy tại 7 vị trí (ký hiệu từ NM1 đến NM7) dọc theo kênh dẫn và kênh T6 từ điểm tiếp nhận dòng xả của khu công nghiệp kéo dài đến vùng hạ lưu qua xã Song Khê.
  • 04 mẫu nước ngầm: Lấy tại 4 hộ gia đình (ký hiệu từ NN1 đến NN4) nằm trong dải hành lang dân cư cách kênh dẫn thải từ 10 đến 40 m.

Các chỉ tiêu quan trắc được phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), bao gồm TCVN 6492:2011 (pH), TCVN 6001-1:2008 (BOD5), TCVN 6491-2:2008 (COD), TCVN 6625:2000 (TSS) và TCVN 6665:2011 (kim loại nặng). Dữ liệu thu thập được xử lý thống kê, tính toán tải lượng và mô hình hóa diễn biến nồng độ bằng phần mềm văn phòng chuyên dụng Microsoft Office 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về lưu lượng và cơ cấu phát sinh dòng thải: Tổng lưu lượng nước thải phát sinh thực tế từ 103 doanh nghiệp trong khu công nghiệp đạt khoảng 1.880 m³/ngày-đêm. Trong đó, nước thải sinh hoạt chiếm tỷ trọng vượt trội với khoảng 1.722 m³/ngày-đêm (chiếm hơn 91,5% tổng lượng thải), trong khi nước thải sản xuất trực tiếp chiếm khoảng 158 m³/ngày-đêm. Trạm xử lý nước thải tập trung công suất thiết kế 2.000 m³/ngày-đêm vận hành đạt quy chuẩn Cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT, nhưng chưa đáp ứng yêu cầu xả thải khắt khe Cột A khi xả vào nguồn tiếp nhận có mục đích tưới tiêu nông nghiệp.

Thứ hai, về chất lượng nước thải tại nguồn: Kết quả phân tích 19 mẫu nước thải cho thấy nước thải sinh hoạt tại một số doanh nghiệp chưa qua xử lý triệt để có nồng độ BOD5, COD và TSS vượt giới hạn QCVN 14:2008/BTNMT từ 1,2 đến 3,0 lần. Đối với nước thải sản xuất, có 8 thông số ô nhiễm vượt quy chuẩn xả thải cho phép từ 1,06 đến 9,56 lần theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B, tập trung vào các chỉ tiêu: Coliform, Phenol, Cyanua, TSS và độ pH. Các thông số kim loại nặng như Fe, Zn, Mn, As, Hg cơ bản vẫn nằm trong ngưỡng kiểm soát an toàn.

Thứ ba, về tác động đến chất lượng nước mặt kênh T6: Kênh T6 là nguồn tiếp nhận chính nhưng có lưu lượng tự nhiên rất nhỏ vào mùa khô. Nước mặt tại các điểm quan trắc đoạn qua xã Hoàng Ninh có nồng độ BOD5 và COD vượt từ 1,5 đến 2,0 lần so với ngưỡng Cột B1 của QCVN 08:2015/BTNMT. Nghiêm trọng hơn, tại khu vực hạ lưu chảy qua xã Song Khê, mức độ ô nhiễm hữu cơ tăng vọt kèm theo sự xuất hiện của các kim loại nặng độc hại (Cu, Pb, Cd, Fe, As) vượt ngưỡng cho phép phục vụ tưới tiêu thủy lợi.

Thứ tư, về hiện trạng chất lượng nước dưới đất: 04 mẫu nước ngầm tại khu dân cư liền kề kênh dẫn thải thể hiện rõ dấu hiệu bị axit hóa, độ cứng cao. Các chỉ tiêu COD, Amoni (N-NH4+) và Coliform đều vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống sinh hoạt QCVN 01:2009/BYT nhiều lần, chứng minh sự thẩm thấu chất ô nhiễm từ kênh dẫn hở vào tầng chứa nước ngầm nông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nêu trên xuất phát từ việc hệ thống hạ tầng xử lý nước thải tập trung chưa được nâng cấp tương xứng với tốc độ lấp đầy 100% của khu công nghiệp. Nhiều doanh nghiệp thứ cấp không vận hành thường xuyên các công trình xử lý nước thải cục bộ mà xả trực tiếp vào hệ thống thu gom chung nhằm cắt giảm chi phí. Ngoài ra, việc thiếu hụt hệ thống quan trắc tự động liên tục khiến cơ quan chức năng gặp khó khăn trong việc phát hiện và kiểm soát các đợt xả thải bất thường.

Khi so sánh với các nghiên cứu tại các khu công nghiệp lâu năm thuộc vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ như KCN Phố Nối B (Hưng Yên) hay KCN Đại An (Hải Dương), mô hình dòng thải tại KCN Đình Trám có sự tương đồng lớn về sự tích tụ hữu cơ và Coliform tại nguồn tiếp nhận có lưu lượng dòng chảy thấp. Toàn bộ các thông số quan trắc được tổng hợp chi tiết qua các bảng ma trận chất lượng nước và biểu đồ so sánh tải lượng ô nhiễm trước - sau xử lý, giúp trực quan hóa mức độ vượt ngưỡng và cung cấp luận cứ vững chắc cho việc thiết kế công nghệ cải tạo.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu toàn diện, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm kiểm soát triệt để ô nhiễm nước thải tại Khu công nghiệp Đình Trám:

  1. Nâng cấp công nghệ và mở rộng hệ thống xử lý nước thải tập trung: Chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp cần khẩn trương hoàn thành việc cải tạo trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2.000 m³/ngày-đêm từ chuẩn Cột B lên Cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT trong năm 2019. Áp dụng bổ sung quy trình công nghệ đông keo tụ nâng cao kết hợp hệ thống màng lọc sinh học chuyển động nhằm loại bỏ trên 90% hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy, TSS và các kim loại nặng trước khi xả ra kênh T6.

  2. Hoàn thiện mạng lưới giám sát và quan trắc môi trường tự động: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang chủ trì phối hợp với Ban Quản lý các Khu công nghiệp lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục 24/7 tại cửa xả cuối cùng của khu công nghiệp trước quý IV/2019. Dữ liệu quan trắc tự động về lưu lượng, pH, COD, TSS và nhiệt độ phải được truyền trực tiếp về trung tâm điều hành môi trường của tỉnh để kịp thời cảnh báo và xử lý các sự cố môi trường.

  3. Triển khai mô hình sản xuất sạch hơn tại các doanh nghiệp thứ cấp: Các cơ sở sản xuất trong khu công nghiệp cần áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn theo định hướng Chiến lược sản xuất sạch hơn trong công nghiệp đến năm 2020 của Thủ tướng Chính phủ. Mục tiêu cụ thể trong giai đoạn 2019-2022 là giảm từ 10% đến 35% lượng nước tiêu thụ và giảm từ 15% đến 40% khối lượng nước thải phát sinh thông qua tuần hoàn nước làm mát và tối ưu hóa quy trình vệ sinh công nghiệp.

  4. Tăng cường chế tài pháp lý và cơ chế quản lý kinh tế môi trường: Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang cần điều chỉnh khung phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp theo hướng lũy tiến đối với các cơ sở có lưu lượng xả thải lớn. Tăng cường hoạt động thanh tra đột xuất, áp dụng mức phạt vi phạm hành chính kịch khung đối với hành vi xả thải lén lút hoặc không vận hành trạm xử lý cục bộ, đồng thời công khai danh tính các doanh nghiệp vi phạm trên các phương tiện truyền thông đại chúng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị ứng dụng cao và là tài liệu tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Bao gồm Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang, Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Giang và Phòng Tài nguyên Môi trường huyện Việt Yên. Luận văn cung cấp bộ dữ liệu hiện trạng đầy đủ để phục vụ công tác quy hoạch mạng lưới thoát nước, cấp phép xả thải và xây dựng kế hoạch quản lý môi trường tại các khu công nghiệp mới như KCN Quang Châu mở rộng, KCN Vân Trung và KCN Hòa Phú.

  2. Doanh nghiệp đầu tư và vận hành hạ tầng khu công nghiệp: Các kỹ sư môi trường và nhà quản lý trạm xử lý nước thải tập trung có thể sử dụng các số liệu về thành phần nước thải, cơ cấu lưu lượng và đánh giá hiệu quả dây chuyền keo tụ - lắng lọc để cải tiến quy trình vận hành thực tế, đảm bảo chất lượng nước đầu ra ổn định đạt chuẩn Cột A.

  3. Các cơ sở sản xuất thứ cấp đang hoạt động trong khu công nghiệp: Bộ phận an toàn và môi trường tại các nhà máy may mặc, cơ khí, điện tử và chế biến thức ăn chăn nuôi có thể tham khảo các định mức phát sinh chất ô nhiễm đặc trưng để tối ưu hóa hệ thống xử lý nước thải cục bộ và triển khai các giải pháp sản xuất sạch hơn nhằm tiết kiệm chi phí xử lý cuối đường ống.

  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành môi trường: Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về phương pháp luận nghiên cứu thực địa, kỹ thuật thiết kế mạng lưới lấy mẫu nước mặt - nước ngầm, phương pháp xử lý số liệu quan trắc thủy vực và mô hình hóa quản lý môi trường khu công nghiệp theo chuẩn mực khoa học.

Câu hỏi thường gặp

Khu công nghiệp Đình Trám phát sinh bao nhiêu nước thải mỗi ngày và cơ cấu dòng thải như thế nào? Tổng lưu lượng nước thải phát sinh thực tế từ 103 doanh nghiệp đạt khoảng 1.880 m³/ngày-đêm. Đáng chú ý, nước thải sinh hoạt chiếm tỷ trọng áp đảo với khoảng 1.722 m³/ngày-đêm (tương đương 91,5% tổng lượng phát sinh), trong khi nước thải sản xuất chỉ chiếm khoảng 158 m³/ngày-đêm từ các ngành may mặc, cơ khí và bao bì nhựa.

Những chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải tại Khu công nghiệp Đình Trám vượt quy chuẩn nghiêm trọng nhất? Nghiên cứu ghi nhận 8 thông số trong nước thải sản xuất vượt giới hạn cho phép từ 1,06 đến 9,56 lần theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B, bao gồm Coliform, Phenol, Cyanua, TSS và pH. Bên cạnh đó, nước thải sinh hoạt tại một số cơ sở có nồng độ BOD5, COD và SS vượt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT từ 1,2 đến 3,0 lần.

Hoạt động xả thải của khu công nghiệp ảnh hưởng như thế nào đến nguồn tiếp nhận kênh T6? Dòng nước thải sau xử lý khi xả vào kênh T6 làm gia tăng nồng độ ô nhiễm hữu cơ với BOD5 và COD vượt từ 1,5 đến 2,0 lần ngưỡng Cột B1 của QCVN 08:2015/BTNMT đoạn qua xã Hoàng Ninh. Tại đoạn hạ lưu qua xã Song Khê, nước mặt bị tích tụ kim loại nặng và chất hữu cơ cao, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước tưới tiêu.

Chất lượng nước ngầm tại khu vực dân cư liền kề khu công nghiệp có còn an toàn để sử dụng không? Nguồn nước ngầm tại các hộ dân cách kênh xả thải từ 10 đến 40 m đã bị ô nhiễm nặng và không còn an toàn cho mục đích sinh hoạt. Các mẫu phân tích cho thấy dấu hiệu axit hóa rõ rệt, nồng độ COD, Amoni (N-NH4+) và Coliform đều vượt quy chuẩn nước ăn uống sinh hoạt QCVN 01:2009/BYT nhiều lần.

Đâu là giải pháp công nghệ then chốt để giải quyết dứt điểm tình trạng ô nhiễm nước thải tại đây? Giải pháp công nghệ trọng tâm là cải tạo, nâng cấp trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2.000 m³/ngày-đêm đạt tiêu chuẩn Cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT thông qua bổ sung cụm bể keo tụ kết hợp lọc màng chuyển động, đồng thời bắt buộc các doanh nghiệp vận hành nghiêm ngặt hệ thống xử lý sơ bộ trước khi đấu nối.

Kết luận

  • Xác lập bức tranh thực trạng toàn diện về lưu lượng xả thải khoảng 1.880 m³/ngày-đêm tại KCN Đình Trám với quy mô 127 ha và 103 doanh nghiệp đang hoạt động lấp đầy 100%.
  • Định lượng chính xác mức độ ô nhiễm với 8 thông số vượt quy chuẩn trong dòng thải, đồng thời chỉ rõ sự suy thoái chất lượng nước mặt kênh T6 và nước ngầm khu dân cư phụ cận.
  • Chuẩn hóa quy trình đánh giá thực nghiệm thông qua hệ thống 30 mẫu khảo sát đồng bộ (19 mẫu nước thải, 07 mẫu nước mặt, 04 mẫu nước ngầm) theo các tiêu chuẩn TCVN nghiêm ngặt.
  • Hoàn thiện hệ thống 4 nhóm giải pháp tích hợp giữa kỹ thuật công nghệ xử lý Cột A, giám sát quan trắc tự động 24/7, kinh tế môi trường và mô hình sản xuất sạch hơn giai đoạn 2019-2022.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc, kêu gọi các cơ quan quản lý và doanh nghiệp tại Bắc Giang khẩn trương đầu tư hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật nhằm bảo vệ bền vững tài nguyên nước lưu vực.