Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến da giày Việt Nam duy trì tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu bình quân 16% mỗi năm, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế công nghiệp. Tuy nhiên, theo các báo cáo môi trường quốc gia, tổng lưu lượng nước thải đăng ký xả thải trên toàn quốc đạt xấp xỉ 100 triệu m3/ngày đêm, trong đó nước thải thuộc da được xếp vào nhóm có nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng nhất. Quá trình thuộc da tiêu thụ từ 30 đến 70 m3 nước cho mỗi tấn nguyên liệu, phát sinh dòng thải chứa tải lượng cực lớn các hợp chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, sunfua và đặc biệt là kim loại nặng crom dạng hóa trị ba và hóa trị sáu.

Tại tỉnh Lạng Sơn, hoạt động thuộc da tập trung tại Công ty Cổ phần Thương mại Sản xuất Da Nguyên Hồng, cơ sở đặt tại thôn Nà Loòng, xã Tân Mỹ, huyện Văn Lãng với tổng diện tích mặt bằng 10.500 m2. Cơ sở này vận hành với công suất chế biến trung bình từ 10 đến 15 tấn da lợn nguyên liệu mỗi tháng, tạo ra sản lượng thành phẩm từ 8 đến 12 tấn da thuộc mỗi tháng. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ rủi ro phát tán chất ô nhiễm vào suối Đồng Đăng – nguồn tiếp nhận có lưu lượng mùa mưa đạt 9 m3/s, chảy trực tiếp vào lưu vực sông Kỳ Cùng có diện tích tự nhiên 6.660 km2.

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá thực trạng công tác quản lý môi trường, kiểm định chất lượng các nguồn phát thải và xác định các điểm nghẽn kỹ thuật tại nhà máy thuộc da Văn Lãng trong giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2019. Thông qua các chỉ số định lượng cụ thể, công trình cung cấp luận cứ khoa học để thiết lập hệ thống giải pháp quản lý tích hợp, hỗ trợ cơ sở tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn xả thải và nâng cao hiệu quả bảo vệ hệ sinh thái miền núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết quản lý môi trường hiện đại kết hợp với các nguyên lý kỹ thuật môi trường chuyên sâu:

  • Lý thuyết Hệ thống Quản lý Môi trường (EMS) theo tiêu chuẩn ISO 14001:2015: Áp dụng mô hình chu trình PDCA (Plan - Do - Check - Act) nhằm thiết lập cơ chế kiểm soát liên tục các khía cạnh môi trường từ khâu nhập nguyên liệu, lưu trữ hóa chất, vận hành dây chuyền sản xuất đến xử lý cuối đường ống.
  • Lý thuyết Sản xuất sạch hơn (Cleaner Production - CP): Khung phân tích dòng vật chất và cân bằng khối lượng do Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên Hợp Quốc (UNIDO) khởi xướng, tập trung vào việc giảm thiểu phát sinh chất thải tại nguồn, tuần hoàn nước rửa và thu hồi hóa chất crom dư thừa trong chu trình thuộc da.
  • Các khái niệm then chốt: Tải lượng ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), động học quá trình khử - kết tủa crom hóa trị sáu (Cr6+) thành crom hóa trị ba (Cr3+), và hiệu suất phân hủy kỵ khí vi sinh vật trong môi trường xử lý dòng thải công nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đồng bộ các phương pháp thu thập dữ liệu sơ cấp, thứ cấp và thực nghiệm phân tích chuẩn hóa:

  • Thu thập dữ liệu thứ cấp: Kế thừa số liệu quan trắc định kỳ giai đoạn 2017 - 2019 từ Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Lạng Sơn, hồ sơ báo cáo đánh giá tác động môi trường của nhà máy, kết hợp dữ liệu khí tượng thủy văn và niên giám thống kê huyện Văn Lãng với quy mô dân số trên 52.000 người.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Thực hiện phỏng vấn bằng bảng hỏi đối với cỡ mẫu gồm 30 cá nhân được lựa chọn ngẫu nhiên không báo trước, bao gồm cán bộ quản lý địa phương xã Tân Mỹ, kỹ thuật viên vận hành và công nhân trực tiếp sản xuất. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên giúp thu thập dữ liệu khách quan về mức độ nhận thức quy định bảo vệ môi trường và ghi nhận phản ánh hiện trường.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích thực nghiệm: Tiến hành quan trắc đồng loạt vào ngày 19/3/2019 với 03 mẫu nước thải (mẫu NTCN 01 tại bể chứa trước xử lý, mẫu NTCN 02 tại cống xả sau xử lý, mẫu NTSH 01 tại khu vực sinh hoạt) và 03 mẫu không khí vi khí hậu (mẫu KK 01 tại xưởng tẩm ướp, mẫu KK 02 tại xưởng ngâm vôi, mẫu KK 03 tại xưởng hấp da).
  • Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Toàn bộ chỉ tiêu được phân tích tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn của Trung tâm Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn, áp dụng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như TCVN 6492-2011 (pH), SMEWW 5210D:2012 (BOD5), TCVN 6625:2000 (TSS), TCVN 6658:2000 (Cr6+) và SMEWW 3125:2012 (Cr3+). Việc lựa chọn các phương pháp này bảo đảm tính pháp lý cao nhất để đối sánh trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) và QCVN 14:2008/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực địa và phân tích mẫu thử tại nhà máy thuộc da Nguyên Hồng mang lại 4 phát hiện trọng tâm:

  1. Tải lượng ô nhiễm nước thải đầu vào ở mức rất cao: Dòng nước thải sản xuất chưa qua xử lý (NTCN 01) ghi nhận nồng độ COD và BOD5 vượt ngưỡng quy chuẩn từ 10 đến 25 lần. Nước thải từ công đoạn ngâm vôi, làm mềm và thuộc da mang tính kiềm hoặc axit mạnh, chứa hàm lượng lớn ion Cr3+ và Cr6+, protein hòa tan, mỡ động vật và muối NaCl.
  2. Hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải đạt mức khả quan nhưng thiếu ổn định: Quy trình phân dòng xử lý khử Cr6+ bằng Na2S ở pH 2 - 4, sau đó nâng kiềm bằng NaOH lên pH 7 - 9 để tạo kết tủa Cr(OH)3 đạt hiệu suất loại bỏ crom trên 90%. Cụm xử lý sinh học gồm bể UASB đạt hiệu suất khử COD từ 60% đến 80% kết hợp bể bùn hoạt tính Aerotank giúp mẫu nước thải đầu ra (NTCN 02) tiệm cận quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B. Dù vậy, khi công suất đạt đỉnh 15 tấn nguyên liệu/tháng, hệ thống xuất hiện rủi ro quá tải cục bộ.
  3. Phát sinh chất thải nguy hại và mùi vi khí hậu: Bùn thải chứa hợp chất crom sau ép cặn chiếm khoảng 15% đến 20% tổng lượng bùn thải rắn phát sinh, được phân loại là chất thải nguy hại cần quản lý nghiêm ngặt. Môi trường không khí tại phân xưởng tẩm ướp (KK 01) và ngâm vôi (KK 02) ghi nhận độ ẩm tương đối trên 80% kèm mùi khí H2S đặc trưng do sự phân hủy protein của da sống.
  4. Hạn chế trong mô hình tổ chức quản lý nội bộ: 100% nhân sự phụ trách môi trường của doanh nghiệp làm việc theo chế độ kiêm nhiệm kỹ thuật sản xuất; cơ sở chưa lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục và nhật ký vận hành trạm xử lý nước thải đôi lúc chưa được ghi chép đồng bộ.

Thảo luận kết quả

Bản chất công nghệ thuộc da đòi hỏi lượng hóa chất lớn qua nhiều công đoạn ướt độc lập. Sự biến động về nồng độ chất ô nhiễm giữa các ngày làm việc phản ánh rõ nét tính chu kỳ của quy trình sản xuất theo từng mẻ da lợn nguyên liệu. Nếu so sánh với các nghiên cứu ngành tại các khu công nghiệp tập trung có mức tiêu thụ nước từ 40 đến 50 m3/tấn, nhà máy tại Văn Lãng có mức tiêu hao nước dao động từ 50 đến 60 m3/tấn nguyên liệu. Điều này chứng minh tiềm năng tiết kiệm tài nguyên thông qua việc cải tiến quy trình công nghệ là rất khả thi.

Dữ liệu quan trắc thực nghiệm có thể được trình bày trực quan thông qua biểu đồ cột đôi so sánh nồng độ các thông số BOD5, COD, TSS và Cr6+ giữa dòng thải trước xử lý (NTCN 01) và sau xử lý (NTCN 02) trên nền đường giới hạn Cmax của QCVN 40:2011/BTNMT. Đồng thời, cấu trúc mặt bằng có thể được thể hiện qua biểu đồ tròn phản ánh cơ cấu sử dụng đất của cơ sở, trong đó diện tích nhà xưởng sản xuất 3.769 m2 chiếm 35,9% tổng khuôn viên 10.500 m2, giúp các nhà quản lý thấy rõ tỷ lệ phân bổ cho hệ thống cây xanh (1.449 m2) và khu xử lý kỹ thuật (472,5 m2).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả quản trị môi trường và giảm thiểu rủi ro sinh thái tại huyện Văn Lãng, 4 nhóm giải pháp cụ thể được kiến nghị thực hiện:

  • Nâng cấp công nghệ thu hồi và tái sử dụng crom: Lắp đặt hệ thống lọc màng và tuần hoàn dịch thuộc crom, đặt mục tiêu thu hồi trên 95% lượng muối crom dư thừa trong dung dịch thải, giúp giảm 30% lượng hóa chất NaOH và H2SO4 tiêu thụ trong xử lý hóa lý. Thời gian triển khai hoàn thành trong 6 tháng, do Ban Giám đốc Công ty Cổ phần Thương mại Sản xuất Da Nguyên Hồng chủ trì đầu tư.
  • Chuẩn hóa hệ thống quản lý môi trường theo ISO 14001:2015: Thiết lập quy trình vận hành tiêu chuẩn cho 7 phân khu chức năng trên tổng diện tích 10.500 m2, thành lập bộ phận an toàn môi trường chuyên trách với ít nhất 02 kỹ sư có chuyên môn ngành môi trường, chấm dứt tình trạng kiêm nhiệm. Thời gian hoàn thành trong lộ trình 12 tháng do bộ phận quản lý doanh nghiệp thực hiện.
  • Áp dụng kỹ thuật Sản xuất sạch hơn (SXSH) tại các công đoạn ướt: Thay thế một phần hóa chất ngâm vôi khử lông bằng chế phẩm enzyme sinh học, áp dụng công nghệ rửa ngược dòng có kiểm soát nhằm cắt giảm 20% tổng lượng nước tiêu thụ (đưa định mức về dưới 40 m3/tấn nguyên liệu da). Kế hoạch thực hiện trong 9 tháng, do Phòng Kỹ thuật sản xuất phối hợp chuyên gia tư vấn công nghệ.
  • Tăng cường kiểm soát và giám sát liên ngành: Lắp đặt hệ thống cảm biến đo đạc tự động các chỉ số pH, lưu lượng và COD tại cửa xả suối Đồng Đăng với tần suất truyền dữ liệu 24/7 về cơ quan quản lý; duy trì kế hoạch thanh tra định kỳ 2 lần mỗi năm. Trách nhiệm thực hiện thuộc về Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Văn Lãng phối hợp Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Lạng Sơn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

  • Ban điều hành và kỹ sư vận hành nhà máy thuộc da: Cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về quy trình tách dòng nước thải crom, vận hành cụm bể sinh học UASB đạt hiệu suất khử chất hữu cơ 60% đến 80%, làm cơ sở để tối ưu hóa chi phí hóa chất xử lý nước thải định kỳ.
  • Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường cấp tỉnh và huyện: Giúp Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn cùng UBND huyện Văn Lãng có thêm tư liệu thực chứng từ 6 điểm đo đạc hiện trường, hỗ trợ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và xây dựng kế hoạch thanh tra các cơ sở sản xuất có công suất từ 10 đến 15 tấn/tháng.
  • Chuyên gia tư vấn môi trường và kiểm toán sản xuất sạch hơn: Sử dụng số liệu cân bằng dòng thải thực tế và định mức tiêu thụ 30 đến 70 m3 nước/tấn nguyên liệu để xây dựng các mô hình chuyển giao công nghệ thuộc da sinh thái cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
  • Học viên, giảng viên và nhà nghiên cứu ngành Khoa học Môi trường: Cung cấp phương pháp luận kết hợp giữa nghiên cứu điều tra xã hội học (cỡ mẫu 30 phiếu khảo sát) với phương pháp phân tích thực nghiệm đạt chuẩn TCVN, phục vụ giảng dạy và thực hiện các đề tài liên quan đến kiểm soát ô nhiễm công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Đặc trưng ô nhiễm nguy hại nhất của nước thải thuộc da phát sinh từ đâu?

Nước thải thuộc da chứa hàm lượng ô nhiễm hữu cơ rất cao với COD và BOD5 vượt ngưỡng tiêu chuẩn từ 10 đến 25 lần, kèm theo các hợp chất vô cơ nguy hại như sunfua và crom. Nguồn phát sinh chính là quá trình ngâm vôi làm sạch mỡ da và công đoạn thuộc crom, tiêu tốn từ 30 đến 70 m3 nước cho mỗi tấn nguyên liệu.

Cơ chế xử lý khử crom trong nước thải tại nhà máy Nguyên Hồng diễn ra như thế nào?

Nước thải chứa ion Cr6+ được tách riêng vào bể phản ứng, bổ sung H2SO4 để hạ độ pH xuống 2 - 4 và dùng chất khử Na2S chuyển hóa hoàn toàn Cr6+ thành Cr3+. Sau đó, hệ thống thêm dung dịch NaOH nâng pH lên mức 7 - 9 để tạo kết tủa hydroxide Cr(OH)3 lắng cặn với hiệu suất loại bỏ kim loại nặng đạt trên 90%.

Bể sinh học UASB đóng vai trò gì trong hệ thống xử lý nước thải của cơ sở?

Bể UASB ứng dụng quá trình phân giải kỵ khí của quần thể vi sinh vật đối với các dòng thải có nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ cao với BOD5 và COD trên 2.000 mg/l. Quá trình này chuyển hóa chất hữu cơ thành khí sinh học CH4 và CO2, mang lại hiệu suất xử lý COD từ 60% đến 80% trước khi dẫn sang bể hiếu khí.

Cơ sở tại thôn Nà Loòng có quy mô sản xuất và diện tích mặt bằng như thế nào?

Cơ sở của Công ty Da Nguyên Hồng hoạt động trên tổng diện tích 10.500 m2, trong đó diện tích xây dựng nhà xưởng sản xuất là 3.769 m2. Cơ sở vận hành với công suất sử dụng nguyên liệu da lợn trung bình từ 10 đến 15 tấn mỗi tháng, cho ra sản lượng thành phẩm đạt từ 8 đến 12 tấn da thuộc mỗi tháng.

Việc áp dụng giải pháp Sản xuất sạch hơn (SXSH) mang lại hiệu quả gì cho nhà máy?

Triển khai các giải pháp SXSH như tuần hoàn nước rửa và tối ưu hóa lượng hóa chất thuộc giúp nhà máy giảm từ 10% đến 15% lượng hóa chất tiêu thụ, đồng thời cắt giảm 20% lượng nước thải xả ra nguồn tiếp nhận, giảm tải áp lực xả thải lên dòng suối Đồng Đăng có lưu lượng mùa mưa 9 m3/s.

Kết luận

  • Luận văn cung cấp bức tranh toàn diện về hiện trạng vận hành và quản lý chất thải tại cơ sở thuộc da công suất 10 - 15 tấn/tháng trên khuôn viên 10.500 m2 tại huyện Văn Lãng.
  • Đánh giá thực nghiệm khẳng định hiệu quả tách dòng xử lý crom đạt trên 90% và cụm bể UASB đạt hiệu suất phân hủy chất hữu cơ từ 60% đến 80%.
  • Chỉ rõ các tồn tại trọng yếu gồm sự thiếu hụt cán bộ chuyên trách môi trường và hệ thống quan trắc dữ liệu tự động liên tục tại nguồn xả.
  • Đề xuất đồng bộ 4 giải pháp từ kỹ thuật thu hồi hóa chất, tuần hoàn nước rửa đến áp dụng mô hình quản lý chuẩn mực ISO 14001:2015 và Sản xuất sạch hơn.
  • Cung cấp cơ sở khoa học thiết thực giúp các cơ quan quản lý tỉnh Lạng Sơn kiểm soát an toàn nguồn nước tiếp nhận suối Đồng Đăng thuộc lưu vực sông Kỳ Cùng 6.660 km2.

Đóng góp chính của luận văn là xây dựng mô hình quản trị môi trường thực chứng, cân bằng giữa mục tiêu tăng trưởng sản xuất tiểu thủ công nghiệp và nhiệm vụ bảo vệ tài nguyên sinh thái miền núi. Lộ trình triển khai các giải pháp được khuyến nghị thực hiện trong khung thời gian từ 12 đến 24 tháng cho toàn bộ các hạng mục nâng cấp. Các đơn vị nghiên cứu, nhà quản lý và doanh nghiệp có nhu cầu tham khảo chi tiết giải pháp kỹ thuật có thể kết nối để tiếp cận toàn văn công trình nghiên cứu khoa học này.