Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa tại Việt Nam đã thúc đẩy sự phát triển của 299 khu công nghiệp trên toàn quốc, trong đó tỉnh Bắc Giang ghi nhận 4 khu công nghiệp đang vận hành với tổng diện tích đất quy hoạch đạt hơn 1.000 ha. Khu công nghiệp Song Khê với quy mô 158,7 ha tại huyện Yên Dũng là một trong những trung tâm thu hút 44 doanh nghiệp đa ngành tính đến năm 2018. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động sản xuất đã tạo áp lực lớn lên hạ tầng tiếp nhận chất thải, phát sinh khoảng 2.000 m3 nước thải mỗi ngày đêm. Thực trạng xử lý cục bộ không đồng đều và việc chậm trễ đưa trạm xử lý nước thải tập trung vào vận hành đã dẫn đến nguy cơ suy thoái môi trường nước nghiêm trọng trong khu vực.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng xả thải và xác định mức độ tác động của dòng thải công nghiệp tới chất lượng nguồn nước mặt kênh T3 cùng tầng nước dưới đất lân cận. Mục tiêu cụ thể là phân tích định lượng các thông số ô nhiễm lý - hóa - sinh, so sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành và làm rõ nguyên nhân suy giảm chất lượng môi trường. Nghiên cứu được thực hiện tại địa bàn xã Song Khê và xã Nội Hoàng trong khung thời gian từ tháng 5/2017 đến tháng 4/2018.

Ý nghĩa của đề tài thể hiện ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về tải lượng xả thải 1.500 m3/ngày tại phân khu phía Bắc và 500 m3/ngày tại phân khu phía Nam. Kết quả nghiên cứu là căn cứ khoa học trực tiếp phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường, giảm thiểu rủi ro sức khỏe cho 23% dân số địa phương đang sử dụng trực tiếp nguồn nước ngầm sinh hoạt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM), tiếp cận mối quan hệ tương hỗ chặt chẽ giữa hệ thống tự nhiên và hệ thống kinh tế nhân tạo. Lý thuyết này nhấn mạnh sự gắn kết không thể tách rời giữa quản lý chất lượng nước mặt với bảo vệ tầng chứa nước ngầm, đồng thời kiểm soát vòng tuần hoàn dòng thải công nghiệp trong lưu vực. Bên cạnh đó, mô hình sinh thái công nghiệp và nguyên lý sản xuất sạch hơn theo Quyết định 1419/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ được ứng dụng nhằm phân tích chu trình dòng vật chất, tối ưu hóa quá trình thu gom và xử lý chất thải tại nguồn.

Khung phân tích của đề tài vận dụng các khái niệm chuyên ngành then chốt:

  • Nước thải sản xuất: Dòng thải phát sinh từ các công đoạn công nghệ với đặc trưng chứa kim loại nặng, hóa chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng.
  • Nước thải sinh hoạt: Dòng thải từ hoạt động ăn uống, vệ sinh của công nhân mang hàm lượng dinh dưỡng và vi sinh vật cao.
  • Sức tải môi trường: Khả năng tự làm sạch và tiếp nhận chất ô nhiễm của thủy vực mà không làm biến đổi mục đích sử dụng nước theo quy chuẩn.
  • Hệ thống xử lý nước thải tập trung: Công trình kỹ thuật đồng bộ kiểm soát xả thải chung cho toàn bộ các nhà máy thứ cấp trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Yên Dũng cùng Ủy ban nhân dân xã Song Khê giai đoạn 2011-2017 với phương pháp điều tra sơ cấp thực địa. Nhóm nghiên cứu thực hiện điều tra bằng phiếu hỏi đối với 30 doanh nghiệp đang hoạt động trong khu công nghiệp (phân bố theo 13 loại hình công nghiệp khác nhau) và 20 hộ dân sinh sống quanh khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của nguồn tiếp nhận dòng thải vào tháng 6 và tháng 7/2017.

Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được áp dụng để lựa chọn các điểm xả thải đại diện cho các nhóm ngành đặc thù như sản xuất linh kiện điện tử, cơ khí, hóa chất và sản xuất giấy. Tổng số 14 mẫu hiện trường được thu thập và bảo quản nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn quốc gia, bao gồm 7 mẫu nước thải công nghiệp sau xử lý sơ bộ, 4 mẫu nước mặt dọc tuyến kênh tiêu T3 và 3 mẫu nước ngầm tại các giếng khoan dân sinh có độ sâu từ 4m đến 40m.

Phương pháp phân tích hóa nghiệm tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình tiêu chuẩn: COD xác định theo TCVN 6491-2:2008, BOD5 theo TCVN 6001-1:2008, TSS theo TCVN 6625:2000, Amoni theo TCVN 5988:1995, Coliform theo TCVN 6187-2:1996 và các kim loại nặng (Pb, As, Cu, Zn, Cd) bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS theo TCVN 6665:2011. Các kết quả phân tích được xử lý thống kê bằng phần mềm Office 2013 và đối chiếu trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 08-MT:2015/BTNMT, QCVN 09-MT:2015/BTNMT và QCVN 14:2008/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tổng lưu lượng nước thải phát sinh thực tế từ 44 doanh nghiệp đang hoạt động trong khu công nghiệp Song Khê đạt xấp xỉ 2.000 m3/ngày đêm (trong đó phân khu phía Bắc đóng góp khoảng 1.500 m3/ngày và phân khu phía Nam khoảng 500 m3/ngày). Toàn bộ các mẫu nước thải sinh hoạt tại các cơ sở điều tra đều không đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, với ít nhất một trong các thông số Amoni, Phosphat hoặc Coliform vượt ngưỡng cho phép từ 1,2 đến 3,5 lần.

Thứ hai, chất lượng nước thải sản xuất tại 7 doanh nghiệp điển hình cho thấy hiệu quả xử lý sơ bộ còn kém. Nhiều thông số ô nhiễm hữu cơ và kim loại vượt quy chuẩn xả thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) từ 1,02 lần đến 9,56 lần. Tại điểm xả chung của khu phía Nam, kết quả quan trắc ghi nhận BOD5 vượt 2,49 lần, COD vượt 1,59 lần, TSS vượt 1,67 lần, Amoni vượt 1,20 lần và Coliform vượt 1,56 lần.

Thứ ba, nguồn tiếp nhận chính là tuyến kênh tiêu T3 đang bị ô nhiễm nghiêm trọng trên toàn bộ chiều dài khảo sát. Nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ (COD, BOD5), chất rắn lơ lửng (TSS), hợp chất nitơ - photpho, dầu mỡ khoáng, vi sinh vật cùng các kim loại nặng như Pb, As, Cu, Zn đều vượt giới hạn quy định tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B1) từ 1,1 lần đến 20,7 lần.

Thứ tư, tầng chứa nước dưới đất nông (trầm tích Holocen có chiều sâu 4m đến 14m) đã xuất hiện dấu hiệu suy thoái cục bộ. Mẫu nước ngầm tại khu vực dân cư lân cận phân khu phía Nam ghi nhận sự hiện diện của Amoni, Phenol, Fe và Coliform vượt ngưỡng QCVN 09-MT:2015/BTNMT, trong đó thông số Coliform vượt mức cho phép nhiều lần.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt kênh T3 bắt nguồn từ việc phân khu phía Bắc chưa hoàn thành trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2.000 m3/ngày đêm trong giai đoạn khảo sát. Các doanh nghiệp thứ cấp phải tự xả thải sau khi xử lý sơ bộ không triệt để. Tại phân khu phía Nam, dù trạm xử lý nước thải công suất 1.200 m3/ngày đã vận hành nhưng công nghệ đông keo tụ kết hợp sinh học chưa đạt hiệu suất tối ưu, dẫn đến hiện tượng xả tràn nước thải chưa đạt chuẩn ra môi trường.

Khi so sánh với các nghiên cứu tại lưu vực sông Thương (BOD5 dao động 24-117 mg/l, cá biệt đạt 252 mg/l tại xã Trí Yên) và lưu vực sông Cầu chịu ảnh hưởng bởi khu công nghiệp Quang Châu (COD đạt 70-120 mg/l), mức độ ô nhiễm tại kênh T3 thuộc nhóm rất cao do lưu lượng nước pha loãng của kênh tiêu nông nghiệp rất hạn chế.

Dữ liệu quan trắc có thể được minh họa trực quan qua biểu đồ cột so sánh hệ số vượt chuẩn giữa các cơ sở sản xuất và đồ thị đường thể hiện sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm (COD, BOD5, TSS) theo khoảng cách dòng chảy kênh T3 (từ vị trí xả thải 0m, 20m, 200m đến vùng hạ lưu). Mối tương quan giữa chiều sâu giếng khoan dân sinh (từ 4m đến 40m) và hàm lượng các chất ô nhiễm ngấm qua tầng chứa nước Pleistocen cũng có thể được tổng hợp thành bảng ma trận phân tầng địa chất thủy văn, giúp các cơ quan quản lý dễ dàng nhận diện vùng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện và vận hành thương mại trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2.000 m3/ngày đêm tại phân khu phía Bắc. Chủ đầu tư hạ tầng phối hợp với Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Giang hoàn tất nghiệm thu kỹ thuật trong vòng 6 tháng, cam kết 100% doanh nghiệp thứ cấp đấu nối nước thải và nước sau xử lý phải đạt Cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra kênh T3.

Thứ hai, thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục và nâng cao tần suất thanh tra chuyên ngành. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang chủ trì lắp đặt trạm đo tự động các chỉ tiêu pH, COD, TSS, lưu lượng tại cửa xả của cả 2 phân khu trong vòng 9 tháng; thực hiện kiểm tra định kỳ tối thiểu 4 lần/năm đối với 44 cơ sở sản xuất, hướng tới mục tiêu giảm 85% các vụ việc xả thải vượt quy chuẩn trước năm 2020.

Thứ ba, cải tiến công nghệ xử lý nước thải cục bộ tại các nhà máy thứ cấp. Các doanh nghiệp thuộc nhóm ngành phát sinh kim loại nặng và chất hữu cơ cao (sản xuất tấm pin năng lượng, hóa chất, bao bì) cần áp dụng bổ sung công nghệ đông keo tụ nâng cao kết hợp màng lọc sinh học chuyển động MBBR trong thời gian 12 tháng, đảm bảo hiệu suất tách bỏ COD đạt trên 85% và kim loại nặng đạt trên 95% trước khi đưa vào mạng lưới thu gom chung.

Thứ tư, triển khai phương án chuyển đổi nguồn cấp nước sạch và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Ủy ban nhân dân huyện Yên Dũng phối hợp với Ủy ban nhân dân xã Song Khê và xã Nội Hoàng đầu tư mở rộng mạng lưới đường ống cấp nước sạch sinh hoạt trong 18 tháng, xóa bỏ hoàn toàn tình trạng 23% hộ gia đình dùng nước giếng khoan chưa qua kiểm định tại các khu vực tiếp giáp kênh xả thải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật đa chiều cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Yên Dũng sử dụng luận văn làm tài liệu căn cứ để xây dựng quy chế phối hợp kiểm tra, cấp phép xả thải và hoạch định kế hoạch bảo vệ lưu vực kênh T3 và sông Thương.
  2. Chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp và doanh nghiệp sản xuất: Công ty Phát triển hạ tầng khu công nghiệp Bắc Giang và 44 doanh nghiệp tại KCN Song Khê ứng dụng kết quả khảo sát để rà soát công nghệ xử lý nội bộ, thiết kế mạng lưới thu gom và tính toán lưu lượng vận hành cho trạm xử lý tập trung.
  3. Chuyên gia tư vấn và kỹ sư môi trường: Các đơn vị tư vấn Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và thiết kế trạm xử lý nước thải khai thác các thông số đặc trưng phát thải của 13 loại hình công nghiệp để tính toán công nghệ đông keo tụ và lắng lọc phù hợp.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường: Tài liệu cung cấp nghiên cứu điển hình về phương pháp luận đánh giá tải lượng dòng thải, kỹ thuật lấy mẫu hiện trường theo tiêu chuẩn TCVN và phân tích tương tác thủy văn nước mặt - nước ngầm.

Câu hỏi thường gặp

Tổng lượng nước thải phát sinh hàng ngày tại khu công nghiệp Song Khê là bao nhiêu? Theo kết quả điều tra 44 doanh nghiệp đang hoạt động, tổng lượng nước thải phát sinh ước tính khoảng 2.000 m3/ngày đêm (tương đương 1.880 m3/ngày theo số liệu kiểm kê thực tế). Trong đó, phân khu phía Bắc phát sinh khoảng 1.500 m3/ngày đêm và phân khu phía Nam phát sinh khoảng 500 m3/ngày đêm.

Chất lượng nước mặt kênh T3 bị suy giảm như thế nào khi tiếp nhận nước thải khu công nghiệp? Kênh tiêu T3 bị ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh vật rất nặng nề. Nồng độ COD, BOD5, TSS, Amoni, Phosphat, dầu mỡ cùng các kim loại nặng như Pb, As, Cu, Zn đều vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B1) từ 1,1 đến 20,7 lần, làm mất hoàn toàn khả năng sử dụng cho mục đích tưới tiêu nông nghiệp.

Nguồn nước dưới đất xung quanh khu công nghiệp Song Khê có an toàn để sinh hoạt không? Nguồn nước ngầm tầng nông (chiều sâu 4m đến 14m) tại các khu dân cư lân cận đã bị ô nhiễm nhẹ bởi Amoni, Phenol, Fe và Coliform vượt ngưỡng QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Do đó, 23% hộ dân tại xã Nội Hoàng đang khai thác nước giếng khoan cần sử dụng hệ thống lọc xử lý đạt chuẩn hoặc chuyển sang dùng nước máy.

Nguyên nhân chính khiến nước thải công nghiệp tại khu công nghiệp Song Khê vượt chuẩn là gì? Nguyên nhân chủ yếu do phân khu phía Bắc chưa đưa trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2.000 m3/ngày vào vận hành, nhiều doanh nghiệp thứ cấp không vận hành hệ thống xử lý cục bộ hoặc vận hành đối phó, và trạm xử lý tại phân khu phía Nam hoạt động chưa đạt hiệu suất thiết kế.

Công nghệ nào được đề xuất để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại khu công nghiệp này? Luận văn đề xuất áp dụng giải pháp công nghệ đông keo tụ hóa lý kết hợp xử lý sinh học bằng công nghệ sàn lọc chuyển động MBBR cho các trạm xử lý cục bộ và trạm tập trung, giúp nâng cao hiệu suất xử lý chất rắn lơ lửng, loại bỏ triệt để COD và kim loại nặng.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định chính xác lưu lượng xả thải 2.000 m3/ngày đêm từ 44 doanh nghiệp tại KCN Song Khê, làm rõ thực trạng thiếu hụt và hoạt động kém hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải tập trung.
  • Nghiên cứu chỉ ra nguồn tiếp nhận kênh T3 bị suy thoái nặng nề với nhiều chỉ tiêu lý - hóa - sinh vượt chuẩn từ 1,1 đến 20,7 lần, đồng thời cảnh báo nguy cơ ô nhiễm tầng nước ngầm nông phục vụ 23% dân cư địa phương.
  • Hệ thống 3 nhóm giải pháp đồng bộ (quản lý nhà nước, thanh tra giám sát và kỹ thuật công nghệ) đã được đề xuất với lộ trình thực hiện rõ ràng từ năm 2018 đến năm 2020.
  • Kết quả nghiên cứu đóng góp bộ dữ liệu thực nghiệm giá trị, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước bền vững cho tỉnh Bắc Giang và làm tài liệu tham khảo chuyên sâu cho ngành Khoa học Môi trường.
  • Các nhà quản lý và doanh nghiệp tại KCN Song Khê cần khẩn trương phối hợp đưa trạm xử lý nước thải tập trung 2.000 m3/ngày vào hoạt động thương mại và lắp đặt trạm quan trắc tự động ngay trong quý tới nhằm bảo vệ an toàn nguồn nước lưu vực sông Thương.