Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Làng nghề truyền thống đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông thôn, tạo việc làm và gia tăng thu nhập cho người dân tại Việt Nam. Toàn tỉnh Bắc Ninh hiện có 62 làng nghề, chiếm khoảng 18% tổng số làng nghề và hơn 30% số làng nghề truyền thống của cả nước. Bên cạnh lợi ích kinh tế, vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải chưa qua xử lý đang đe dọa sự phát triển bền vững tại các khu vực này.

Làng nghề Mẫn Xá (thuộc xã Văn Môn, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh) nằm ở bờ bắc sông Ngũ Huyện Khê. Nghề đúc nhôm và chì tại đây hình thành và phát triển từ những năm 1960. Dưới tác động của cơ chế thị trường, các hộ sản xuất đã chuyển đổi từ đúc nhôm thủ công truyền thống sang tái chế phế liệu nhôm quy mô lớn, cung ứng phôi nhôm và đồ gia dụng ra thị trường. Tuy nhiên, quy trình sản xuất thủ công, sử dụng công nghệ lạc hậu đã phát sinh lượng lớn nước thải chứa hóa chất, axit tẩy rửa, dầu mỡ và kim loại nặng đổ trực tiếp ra ao hồ, kênh rạch địa phương.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  1. Điều tra, khảo sát và đánh giá đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Văn Môn và làng nghề Mẫn Xá.
  2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm nguồn nước mặt và nước thải tại làng nghề Mẫn Xá trong mối liên hệ so sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và các làng nghề tương đồng.
  3. Đánh giá tác động của tình trạng ô nhiễm nguồn nước và môi trường làng nghề tới sức khỏe cộng đồng dân cư.
  4. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý môi trường theo hướng bền vững, dựa trên sự tham gia của cộng đồng nhằm giảm thiểu ô nhiễm nước thải.

Nhiệm vụ nghiên cứu tập trung trả lời 3 câu hỏi chính:

  • Hiện trạng chất lượng nước thải và môi trường nước tại làng nghề Mẫn Xá đang diễn ra như thế nào?
  • Những hậu quả và tác động thực tế của tình trạng ô nhiễm này đối với đời sống, sức khỏe người dân địa phương là gì?
  • Các giải pháp khả thi nào có thể được áp dụng để giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước tại làng nghề?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất đúc, tái chế nhôm, chì và nước thải sinh hoạt; chất lượng bùn lắng/trầm tích tại làng nghề Mẫn Xá.
  • Phạm vi không gian: Khu vực làng nghề Mẫn Xá, xã Văn Môn, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được tiến hành thu thập số liệu và thực nghiệm trong thời gian 4 tháng, từ ngày 15/09/2014 đến ngày 15/12/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

Nghiên cứu áp dụng định nghĩa môi trường theo UNESCO (1981) và phân loại nguồn thải của Hoàng Văn Hùng (2009) gồm 4 nhóm: nước thải công nghiệp, nước thải nông nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải sinh hoạt. Tiêu chí xác định làng nghề được căn cứ theo quy chuẩn nghiên cứu tại Việt Nam (Dang et al., 2005; Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2008): khu vực nông thôn có từ 50% số hộ tham gia hoạt động phi nông nghiệp và tối thiểu 30% thu nhập của làng bắt nguồn từ các hoạt động này.

Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật áp dụng gồm:

  • Nghị định số 26/2010/NĐ-CP và Nghị định số 179/2013/NĐ-CP về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường.
  • Nghị quyết số 27/NQ-CP ngày 12/06/2009 của Chính phủ về một số giải pháp cấp bách trong quản lý tài nguyên và môi trường.
  • Thông tư số 09/2009/TT-BXD hướng dẫn Nghị định số 88/2007/NĐ-CP về thoát nước đô thị và khu công nghiệp.
  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn so sánh: TCVN 5942:1995, TCVN 5945:2005, QCVN 08:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt - Cột B1), QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp - Cột B), QCVN 43:2012/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích).

Phương pháp nghiên cứu và phân tích

Phương pháp Quy trình và công cụ thực hiện
Khảo sát điều tra xã hội học Phỏng vấn trực tiếp bằng phiếu câu hỏi cấu trúc đối với 30 hộ gia đình được lựa chọn ngẫu nhiên tại làng Mẫn Xá (phân loại theo nhóm hộ cô đúc xỉ nhôm và hộ đúc nhôm).
Thu thập dữ liệu thứ cấp Báo cáo kinh tế - xã hội năm 2013, 2014 của UBND xã Văn Môn; Niên giám thống kê tỉnh Bắc Ninh các năm 2009, 2010, 2011, 2012; số liệu quan trắc môi trường giai đoạn 2013 - 2014 từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh.
Lấy mẫu và bảo quản mẫu Quy trình lấy mẫu theo hướng dẫn của Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Bắc Ninh; vận chuyển và bảo quản mẫu theo tiêu chuẩn ISO 5667-3:2008.
Phân tích trong phòng thí nghiệm - pH: TCVN 6492:2011
- BOD5: SMEWW 5210B-2005
- COD: HACH 8000:1998 / TCVN 6491:1999
- TSS: SMEWW 2540D-2005
- Pb: SMEWW 3113 B:2005
- Cu, Zn: SMEWW 3111 B:2005
- Fe: TCVN 6177-1996 (phương pháp trắc phổ dùng 1,10-phenanthroline)
Xử lý và trình bày dữ liệu Sử dụng các hàm thống kê toán học, logic và phần mềm đồ thị để xử lý dữ liệu định lượng, so sánh giá trị trung bình mẫu với giới hạn cho phép trong QCVN.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn về môi trường làng nghề

Chương tổng quan phân tích kinh nghiệm quốc tế và thực trạng làng nghề tại Việt Nam:

  • Kinh nghiệm quốc tế: Trung Quốc đẩy mạnh chuyển giao công nghệ cao và mô hình doanh nghiệp hóa từ năm 1978 để giảm áp lực tài nguyên; Hàn Quốc từ năm 1967 triển khai các chương trình làng nghề phi nông nghiệp gắn với đầu tư hạ tầng kỹ thuật tập trung và huy động cộng đồng tham gia bảo vệ môi trường.
  • Phân bố làng nghề tại Việt Nam: 67% tập trung tại Đồng bằng sông Hồng, 21% ở miền Trung và 12% ở miền Nam. Công nghệ sản xuất chủ yếu là thủ công, thiết bị cũ tái sử dụng, hiệu suất sử dụng năng lượng thấp.
  • Đặc điểm ô nhiễm: Khí thải chứa bụi, $SO_2, CO, NO_x$, hơi axit và oxit kim loại ($PbO, ZnO, Al_2O_3$). Chất thải rắn kim loại phát sinh từ 1 - 7 tấn/ngày tại mỗi làng nghề tái chế. Nước thải chứa kim loại nặng ($Cr^{6+}, Zn^{2+}, Pb^{2+}$) vượt ngưỡng từ 1,5 đến 10 lần.
  • Tác động sức khỏe: Tuổi thọ trung bình của người dân tại các làng nghề thấp hơn từ 5 đến 10 năm so với các làng thuần nông; các bệnh phổ biến gồm bệnh đường hô hấp (44% tại Văn Môn), bệnh ngoài da (13,1%), bệnh tiêu hóa, thần kinh và ung thư phổi.

Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội làng nghề Mẫn Xá

Xã Văn Môn có diện tích tự nhiên 424,48 ha (trong đó đất nông nghiệp là 255,52 ha). Cơ cấu kinh tế năm 2013 cho thấy sự áp đảo của hoạt động tiểu thủ công nghiệp:

- Tiểu thủ công nghiệp (TTCN): 77%
- Công nghiệp - Chăn nuôi: 16%
- Nông - Lâm - Thủy sản: 7%

Quy mô lao động và hộ sản xuất tại làng Mẫn Xá qua các năm được thống kê cụ thể:

Hoạt động ngành nghề Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013
Cô đúc xỉ nhôm 19 hộ (98 lao động) 20 hộ (100 lao động) 18 hộ (80 lao động)
Đúc nhôm 308 hộ (610 lao động) 289 hộ (484 lao động) 291 hộ (472 lao động)
Buôn bán phế liệu 151 hộ (305 lao động) 151 hộ (305 lao động) 194 hộ (483 lao động)
Nấu rượu 205 hộ (280 lao động) 147 hộ (225 lao động) 127 hộ (145 lao động)

Toàn xã có khoảng 2.859 hộ dân (với hơn 11.000 nhân khẩu). Hệ thống giáo dục gồm 4 trường học và 1 trạm y tế xã duy trì công tác chăm sóc sức khỏe ban đầu.

Quy trình công nghệ và dòng vật chất sản xuất nhôm - chì

Công nghệ đúc nhôm tại Mẫn Xá có đặc điểm nổi bật:

  • Cơ sở vật chất: Lò nung đất nổi xây dựng thủ công trên mặt đất, nồi nấu nhôm bằng gang mua từ Trung Quốc, kìm dài, muôi múc nhôm bằng sắt. Diện tích xưởng chỉ từ 15 - 20 $m^2$, tận dụng ngay góc sân, vườn hoặc gian bếp.
  • Nguyên liệu: Phế liệu nhôm thu gom từ Hải Phòng, Hưng Yên, Quảng Ninh, Hải Dương gồm 3 nhóm chính: nhôm cứng (chi tiết máy móc, phanh xe), nhôm dẻo (xoong chảo hỏng), nhôm hỗn hợp (vỏ lon bia, sữa). Toàn xã thu mua trên 4.000 tấn phế liệu/năm, sản xuất khoảng 3.000 - 5.000 tấn nhôm thỏi/năm.
  • Quy trình công nghệ: Phân loại $\rightarrow$ Nấu chảy $\rightarrow$ Đúc khuôn (khuôn cát tươi/cát khô tạo phôi thỏi hoặc sản phẩm gia dụng) $\rightarrow$ Cán/dập $\rightarrow$ Cắt bavia $\rightarrow$ Đánh bóng bề mặt bằng dung dịch axit.
  • Cân bằng dòng vật chất (tính cho 1 hộ gia đình điển hình/ngày):
    • Đầu vào: Phế liệu nhôm 200 kg; than 80 - 100 kg; điện năng 5 kWh; kẽm ($Zn$) 0,91 kg; nước 3,4 $m^3$; hóa chất đánh bóng gồm $NaOH$ 5 - 6 kg, $H_2SO_4$ 0,5 lít, axit cromic 0,7 kg, sáp đánh bóng 5 kg.
    • Đầu ra: Phôi nhôm thành phẩm; chất thải rắn 10 kg (5%); xỉ nhôm 15 kg; xỉ than; khí thải ($CO, CO_2, SO_2$, bụi); dầu bôi trơn thải (chiếm 6% lượng kim loại); nước thải chứa cặn rắn và axit 63 - 66 $m^3$/ngày.
    • Tỷ lệ thu hồi sản phẩm chỉ đạt 70 - 80%, còn lại 20 - 30% là xỉ thải (toàn làng phát sinh khoảng 600 - 800 tấn xỉ nhôm/năm). Các hộ cô đúc xỉ xử lý khoảng 120 kg bột xỉ/ngày với tỷ lệ thu hồi nhôm đạt khoảng 50%.

Đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước, trầm tích và công tác quản lý

Lượng nước thải sinh hoạt của xã Văn Môn dao động từ 829 đến 1.245 $m^3$/ngày (chiếm 70% tổng lượng nước cấp tiêu thụ). Do không có hệ thống xử lý tập trung, nước thải sinh hoạt hòa lẫn với nước thải sản xuất xả thẳng ra hệ thống tiêu thoát nước chung.

Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt và nước thải giai đoạn 2013 - 2014 cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất cao:

Vị trí lấy mẫu Thông số vượt chuẩn Mức độ vượt so với QCVN
Nước mặt ao làng Mẫn Xá (NT1 - 2013) $BOD_5$
$COD$
$TSS$
Vượt 9,0 lần (QCVN 08:2008/BTNMT Cột B1)
Vượt 7,0 lần
Vượt 32,0 lần
Nước cống thải làng Mẫn Xá (NT3 - 2014) $COD$
$BOD_5$
Vượt 3,1 lần (QCVN 40:2011/BTNMT Cột B)
Vượt 5,6 lần
Kênh tiêu thoát nước To Stream (NT2 - 2014) $BOD_5$
$COD$
$TSS$
Dầu mỡ khoáng
Sắt ($Fe$)
Vượt 2,1 lần (QCVN 08:2008/BTNMT Cột B1)
Vượt 17,1 lần
Vượt 5,9 lần
Vượt 1,2 lần
Vượt 3,4 lần

So sánh với làng nghề đúc đồng Đại Bái:

  • Nước mặt tại Đại Bái có mức độ ô nhiễm hữu cơ cao hơn Mẫn Xá (mẫu ao Đại Bái có $BOD_5$ vượt 9,9 lần, $COD$ vượt 7,9 lần) do sử dụng lượng nước làm mát và tẩy rửa sản phẩm lớn hơn.
  • Tuy nhiên, nồng độ Chì ($Pb$) trong trầm tích đáy ao tại Mẫn Xá (mẫu MĐ1) vượt 3,8 lần so với QCVN 43:2012/BTNMT, cao hơn so với Đại Bái. Nguyên nhân do tập quán người dân Mẫn Xá mang bột xỉ ra bờ ao đãi nhôm, khiến xỉ chứa chì chìm lắng và tích tụ vào tầng trầm tích đất.

Đánh giá công tác quản lý và truyền thông:

  • Biện pháp xử lý nước thải hiện tại chỉ dừng ở mức cơ học thô sơ (song chắn rác) kết hợp bể tự hoại xây dựng lâu năm, không đạt quy chuẩn kỹ thuật.
  • Khảo sát 30 hộ dân về mức độ tiếp cận thông tin vệ sinh môi trường: 3% không nhận được thông tin, 67% tiếp cận thỉnh thoảng và 30% tiếp cận thường xuyên qua hệ thống truyền thanh của xã.

Đánh giá tác động sức khỏe cộng đồng và đề xuất giải pháp

Kết quả điều tra 30 hộ dân làng nghề chỉ ra sự khác biệt về tình trạng bệnh tật giữa nhóm hộ cô đúc xỉ nhôm và nhóm hộ đúc nhôm thành phẩm:

Loại bệnh tật Nhóm hộ cô đúc xỉ nhôm (n=18) Nhóm hộ đúc nhôm (n=12) Tỷ lệ chung (%)
Bệnh đường hô hấp (viêm họng, viêm phế quản) 10 người 7 người 33,3%
Bệnh thần kinh 1 người 1 người 3,3%
Bệnh huyết áp 2 người 1 người 6,7%

Hộ cô đúc xỉ nhôm chịu mức độ phơi nhiễm độc hại cao hơn do sử dụng muối trợ dung và chì để tách nhôm, đồng thời thực hiện công đoạn đãi xỉ trực tiếp tại nguồn nước.

Tác giả đề xuất hệ thống 3 nhóm giải pháp trọng tâm:

  1. Giải pháp giáo dục và tuyên truyền: Tăng cường phổ biến pháp luật qua đài truyền thanh, tổ chức ký cam kết bảo vệ môi trường cho các cơ sở sản xuất, thành lập tổ tự quản thu gom rác thải định kỳ.
  2. Quy hoạch không gian làng nghề: Di dời các cơ sở tái chế ra khỏi khu dân cư tập trung vào cụm công nghiệp làng nghề; xây dựng hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải, khí thải, bãi xử lý xỉ thải tập trung.
  3. Cơ chế quản lý môi trường: Áp dụng nguyên tắc "người gây ô nhiễm phải trả tiền", thu phí bảo vệ môi trường đối với nước thải/chất thải rắn, xây dựng hương ước làng nghề và chế tài xử phạt hành chính nghiêm ngặt.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập bộ số liệu thực nghiệm về mức độ ô nhiễm nước thải và chất lượng nước mặt tại Mẫn Xá: hàm lượng $BOD_5$ vượt từ 2,1 đến 21 lần, $COD$ vượt từ 3,1 đến 17,1 lần, $TSS$ vượt từ 5,1 đến 32 lần, kim loại Sắt ($Fe$) vượt 3,4 lần và Chì ($Pb$) trong bùn đáy vượt 3,8 lần so với các QCVN hiện hành.
  • Định lượng hóa dòng vật chất sản xuất của hộ đúc nhôm: tiêu thụ 200 kg phế liệu, 80 - 100 kg than, phát sinh 63 - 66 $m^3$ nước thải/ngày cùng 15 kg xỉ nhôm và các chất thải nguy hại (axit, dầu bôi trơn).
  • Chứng minh mối tương quan giữa quy trình công nghệ (đặc biệt là công đoạn cô đúc xỉ nhôm có sử dụng chì và muối) với mức độ gia tăng các bệnh lý đường hô hấp (33,3%) tại cộng đồng.

Đóng góp thực tiễn

  • Cung cấp dữ liệu quan trắc và điều tra thực địa cụ thể tại Mẫn Xá cho cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường Bắc Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Yên Phong) để phục vụ công tác quy hoạch cụm công nghiệp làng nghề.
  • Đề xuất mô hình quản lý môi trường kết hợp giữa quy chuẩn kỹ thuật tập trung và cơ chế tự quản cộng đồng tại cấp cơ sở.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu bị giới hạn về trang thiết bị quan trắc chuyên sâu; kinh nghiệm thực địa của sinh viên còn hạn chế; thời gian nghiên cứu diễn ra trong 4 tháng (tháng 9 đến tháng 12) nên chưa phản ánh toàn diện biến động chất lượng nước theo chu kỳ mùa vụ trong năm (đặc biệt là giai đoạn cao điểm sản xuất từ tháng 3 đến tháng 6).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng đánh giá mức độ nhiễm kim loại nặng trong tầng nước ngầm (vốn đang được người dân khai thác trực tiếp cho ăn uống); nghiên cứu thử nghiệm các mô hình công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp phù hợp với quy mô hộ gia đình làng nghề kim loại.

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cho sinh viên và học viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Phát triển Nông thôn.

Các nội dung có giá trị sử dụng cao gồm:

  • Sơ đồ cân bằng dòng vật chất và định mức nguyên liệu - chất thải trong tái chế nhôm thủ công.
  • Phương pháp luận kết hợp giữa quan trắc hóa lý môi trường ($BOD_5, COD, TSS$, kim loại nặng) và điều tra dịch tễ học môi trường bằng phiếu khảo sát xã hội học.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu kinh tế của xã Văn Môn năm 2013 được phân bổ như thế nào?
Năm 2013, tiểu thủ công nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất với 77% tổng giá trị kinh tế của xã, công nghiệp - chăn nuôi chiếm 16%, trong khi nông - lâm - thủy sản chỉ chiếm 7%.

2. Nước thải tại làng nghề Mẫn Xá vượt các quy chuẩn môi trường nào và ở những chỉ tiêu chính nào?
Nước thải và nước mặt tại Mẫn Xá vượt QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1) và QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Các chỉ tiêu vượt mức gồm $BOD_5$ (vượt tới 21 lần theo phân tích tổng hợp, vượt 5,6 lần tại cống thải), $COD$ (vượt tới 17,1 lần tại kênh thoát nước), $TSS$ (vượt 5,9 lần tại kênh và 32 lần tại ao làng), $Fe$ (vượt 3,4 lần) và dầu mỡ khoáng (vượt 1,2 - 2,1 lần).

3. Định mức nguyên vật liệu và chất thải của một hộ gia đình tái chế nhôm điển hình trong một ngày là bao nhiêu?
Một hộ điển hình tiêu thụ 200 kg nhôm phế liệu, 80 - 100 kg than, 5 kWh điện, 0,91 kg kẽm, 3,4 $m^3$ nước cấp, phát sinh 10 kg rác thải rắn (5%), 15 kg xỉ nhôm, 63 - 66 $m^3$ nước thải lẫn cặn, cùng các dòng thải nguy hại như axit thừa ($H_2SO_4$, axit cromic) và dầu bôi trơn.

4. Tại sao tỷ lệ mắc bệnh ở các hộ cô đúc xỉ nhôm lại cao hơn các hộ đúc nhôm thành phẩm?
Các hộ cô đúc xỉ phải nấu lại xỉ phế thải, sử dụng thêm chì và muối trợ dung, sau đó tiến hành đãi xỉ trực tiếp tại ao hồ để thu hồi bột nhôm. Quá trình này làm phát sinh nhiều khói độc, bụi kim loại nặng và hơi axit hơn so với các hộ đúc phôi nhôm thông thường.

5. Điểm khác biệt về ô nhiễm trầm tích giữa làng nghề Mẫn Xá và làng nghề Đại Bái là gì?
Trầm tích đáy ao tại Mẫn Xá có hàm lượng Chì ($Pb$) vượt 3,8 lần quy chuẩn QCVN 43:2012/BTNMT do hoạt động đãi xỉ nhôm chứa chì ven ao, trong khi trầm tích tại làng nghề đúc đồng Đại Bái bị ô nhiễm chủ yếu bởi Đồng ($Cu$ - vượt 4,3 lần) và Kẽm ($Zn$ - vượt 2,9 lần).


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Ngân đã đánh giá hiện trạng ô nhiễm nguồn nước và trầm tích tại làng nghề đúc, tái chế nhôm chì Mẫn Xá (Văn Môn, Yên Phong, Bắc Ninh). Kết quả quan trắc thực địa đã chứng minh các chỉ số $BOD_5, COD, TSS, Fe$ và $Pb$ trong môi trường nước và bùn đáy đều vượt nhiều lần giới hạn cho phép của các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Nghiên cứu cũng chỉ rõ mối liên hệ giữa công nghệ sản xuất thủ công, tập quán xả thải trực tiếp với tỷ lệ mắc bệnh hô hấp trong cộng đồng. Các giải pháp đề xuất tập trung vào quy hoạch cụm công nghiệp tập trung, cơ chế thu phí ô nhiễm và nâng cao ý thức cộng đồng nhằm hướng tới phát triển làng nghề bền vững.