Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa tại Việt Nam ghi nhận sự phát triển vượt bậc với 300 khu công nghiệp được thành lập trên diện tích hơn 80.000 ha. Tuy nhiên, thách thức bảo vệ môi trường trở nên cấp bách khi khoảng 21% khu công nghiệp đang hoạt động trên cả nước vẫn chưa vận hành trạm xử lý nước thải tập trung hoàn chỉnh. Tại tỉnh Bắc Giang, hệ thống 6 khu công nghiệp tập trung với tổng quy mô 1.442 ha đóng góp ngân sách lớn nhưng đồng thời gia tăng áp lực xả thải lên lưu vực sông Cầu.

Khu công nghiệp Quang Châu có diện tích quy hoạch 426 ha, là địa bàn công nghiệp trọng điểm thu hút 16 dự án đầu tư với tổng số vốn đăng ký 10.690 tỷ đồng và hơn 13.000 lao động. Sự tập trung của các ngành sản xuất đa dạng từ linh kiện điện tử, tấm nền màn hình, cơ khí chế tạo cho đến may mặc và chế biến thực phẩm làm phát sinh lượng nước thải công nghiệp phức tạp, tiềm ẩn nguy cơ gây suy thoái nguồn nước mặt tiếp nhận.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh, công tác quản lý và hiệu quả vận hành của nhà máy xử lý nước thải tập trung công suất 3.000 m3/ngày đêm tại Khu công nghiệp Quang Châu. Phạm vi khảo sát được triển khai tại khu công nghiệp và vùng phụ cận thuộc huyện Việt Yên từ năm 2013 đến năm 2016, tập trung vào đợt quan trắc thực địa chuyên sâu từ tháng 6 năm 2015 đến tháng 3 năm 2016. Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn, hỗ trợ doanh nghiệp và cơ quan quản lý nâng cao tỷ lệ xử lý nước thải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột A trước khi xả ra môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết quản lý môi trường công nghiệp tổng hợp và Chiến lược sản xuất sạch hơn theo Quyết định số 1419/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Mô hình kiểm soát ô nhiễm nước thải được xây dựng dựa trên nguyên lý tích hợp ba giai đoạn: kiểm soát phân loại tại nguồn xả thải của từng nhà máy, xử lý tập trung đa bậc tại trạm xử lý chung và giám sát chất lượng thủy vực tiếp nhận cuối cùng.

Công nghệ xử lý nước thải tập trung áp dụng nguyên lý kết hợp chuỗi quy trình: xử lý cơ học (song chắn rác, lắng cát), hóa lý (keo tụ, tạo bông bằng phèn nhôm hoặc sắt sunfat và lắng hóa lý) cùng quá trình sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Aerotank kết hợp vùng thiếu khí Anoxic nhằm khử chất hữu cơ và hợp chất dinh dưỡng.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được định lượng bao gồm: nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng Nitơ (TN), tổng Phốtpho (TP) và chỉ số vi sinh Coliform. Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật làm nền tảng đối chiếu gồm Luật Bảo vệ Môi trường, Nghị định số 29/2011/NĐ-CP, Thông tư số 08/2009/TT-BTNMT và Thông tư số 48/2011/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp thu thập tài liệu thứ cấp từ Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Giang, Sở Tài nguyên và Môi trường với kỹ thuật khảo sát thực địa và lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm.

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu được thiết kế phân tầng theo từng công đoạn:

  • Lấy 5 mẫu nước thải đại diện tại hố ga đầu ra của 5 nhóm ngành sản xuất đặc thù (điện tử, màn hình LCD, cơ khí cao su, chế biến thức ăn chăn nuôi, dệt may gỗ dán).
  • Lấy 30 mẫu nước thải tại trạm xử lý tập trung, phân bổ ở 5 vị trí công trình trọng yếu (Bể gom BG, Bể điều hòa BĐH, Bể lắng hóa lý BLHL, Bể Aerotank BAER, Bể khử trùng BKT) qua 6 đợt quan trắc từ tháng 6 năm 2015 đến tháng 3 năm 2016.
  • Lấy 4 mẫu nước mặt định kỳ (NM1 đến NM4) tại kênh mương tiếp nhận nước thải sau xử lý.

Lý do lựa chọn phương pháp lấy mẫu dọc theo chuỗi công trình nhằm xác định chính xác hiệu suất phân hủy và loại bỏ chất ô nhiễm của từng đơn nguyên xử lý độc lập. Các thông số pH, DO, nhiệt độ được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo chuyên dụng đa chỉ tiêu Bante 900P. Các chỉ tiêu BOD5, COD, TSS, Cr6+, Fe, dầu mỡ, Nitơ, Phốtpho và Coliform được phân tích theo các tiêu chuẩn TCVN 6001:2008, TCVN 6491:1999, TCVN 6625:2000, TCVN 5987:1995. Dữ liệu sau đó được đối soát với QCVN 40:2011/BTNMT cột A và QCVN 08:2015/BTNMT cột B1.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu ghi nhận 100% doanh nghiệp đang hoạt động trong Khu công nghiệp Quang Châu (14 cơ sở sản xuất) đã thực hiện đầy đủ thủ tục pháp lý môi trường như lập báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) hoặc đề án bảo vệ môi trường được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt. Cơ cấu phát sinh nước thải cho thấy nhóm sản xuất linh kiện điện tử chiếm 35,7% số lượng doanh nghiệp và nhóm sản xuất thức ăn gia súc chiếm 21,4%, đóng góp tải lượng ô nhiễm hữu cơ đáng kể.

Nhà máy xử lý nước thải tập trung giai đoạn 1 với công suất thiết kế 3.000 m3/ngày đêm vận hành ổn định từ ngày 06/04/2015 trên diện tích 4,78 ha. Hiệu quả phân tách ô nhiễm qua các công trình đạt tỷ lệ cao: nồng độ TSS giảm trên 85%, hàm lượng BOD5 và COD giảm trên 80% sau khi qua cụm xử lý sinh học bùn hoạt tính. Các kim loại nặng như Crom hóa trị 6 (Cr6+) và Sắt (Fe) đều được xử lý triệt để đạt chuẩn an toàn.

Nước thải đầu ra tại bể khử trùng đáp ứng phần lớn các chỉ tiêu giới hạn của QCVN 40:2011/BTNMT cột A trước khi xả ra kênh mương nội đồng. Tuy nhiên, thông số tổng Nitơ ở đầu ra vẫn vượt nhẹ quy chuẩn cho phép khoảng 5% đến 12% vào một số đợt lấy mẫu mùa khô, cho thấy quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa trong hệ thống sinh học chưa diễn ra đồng đều.

Chất lượng nước mặt tại điểm tiếp nhận kênh nội đồng qua 4 đợt quan trắc duy trì ở mức đạt QCVN 08:2015/BTNMT cột B1, bảo đảm điều kiện phục vụ tưới tiêu nông nghiệp cho các cánh đồng thuộc xã Quang Châu.

Thảo luận kết quả

Diễn biến nồng độ ô nhiễm qua các bể xử lý phản ánh rõ nét hiệu năng của công nghệ tích hợp hóa lý và sinh học. Trên đồ thị diễn biến chất lượng nước, nồng độ COD và BOD5 có xu hướng giảm mạnh nhất tại bể Aerotank nhờ hoạt động phân hủy hiếu khí của quần thể vi sinh vật. Trong khi đó, hàm lượng TSS giảm sâu tại bể lắng hóa lý nhờ cơ chế keo tụ tạo bông kết tủa. Bảng tổng hợp đối sánh 14 chỉ số quan trắc chứng minh tính ưu việt của hệ thống so với các trạm xử lý chỉ dùng công nghệ lắng cơ học đơn thuần.

Nguyên nhân dẫn đến hàm lượng Nitơ còn dao động cục bộ là do tỷ lệ dinh dưỡng C:N trong nước thải đầu vào bị biến động khi các nhà máy dệt may và chế biến thực phẩm xả thải không đều theo ca kíp, làm giảm hiệu suất khử Nitơ tại bể Anoxic. Khi so sánh với một số khu công nghiệp lân cận trên địa bàn tỉnh Bắc Giang như KCN Song Khê - Nội Hoàng hay KCN Đình Trám, chất lượng nước thải sau xử lý tại KCN Quang Châu có tính ổn định cao hơn, giảm thiểu nguy cơ quá tải nguồn tiếp nhận lưu vực sông Cầu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa công tác quản lý và xử lý nước thải tại Khu công nghiệp Quang Châu, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

Thứ nhất, kiện toàn cơ chế tổ chức quản lý môi trường. Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Giang phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường rà soát, phân định rõ thẩm quyền kiểm tra giám sát nội bộ; ban hành Quy chế bảo vệ môi trường nội bộ KCN thống nhất trong vòng 6 tháng tới.

Thứ hai, cải tiến kỹ thuật vận hành trạm xử lý nước thải 3.000 m3/ngày đêm. Đơn vị vận hành cần bổ sung nguồn cơ chất carbon hữu cơ dễ phân hủy vào bể Anoxic nhằm nâng cao hiệu suất phản nitrat hóa, bảo đảm 100% mẫu nước đầu ra đạt quy chuẩn tổng Nitơ cột A QCVN 40:2011/BTNMT; thời gian hoàn thành hiệu chỉnh trong vòng 3 tháng.

Thứ ba, lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục 24/7. Chủ đầu tư hạ tầng cần hoàn thiện hệ thống đo đạc online truyền dữ liệu trực tiếp về Sở Tài nguyên và Môi trường đối với 5 thông số cơ bản (lưu lượng, pH, nhiệt độ, COD, TSS), thực hiện trong lộ trình 9 tháng.

Thứ tư, thúc đẩy kiểm toán chất thải và tái sử dụng nước. Các doanh nghiệp sản xuất trong khu công nghiệp cần áp dụng mô hình sản xuất sạch hơn, đặt mục tiêu tuần hoàn ít nhất 15% lượng nước thải sau tiền xử lý cho mục đích làm mát thiết bị và tưới cây xanh cảnh quan trong thời gian 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

Cơ quan quản lý nhà nước: Ban Quản lý các Khu công nghiệp và Sở Tài nguyên và Môi trường các địa phương có thể sử dụng số liệu và quy trình đánh giá trong luận văn làm tài liệu tham khảo để xây dựng tiêu chí cấp phép môi trường, kiểm tra việc chấp hành quy định xả thải tại các khu công nghiệp tập trung.

Chủ đầu tư phát triển hạ tầng khu công nghiệp: Các công ty phát triển hạ tầng học hỏi được kinh nghiệm bố trí quy hoạch phân khu chức năng (chiếm 64,72% diện tích đất nhà máy và 17,32% đất cây xanh) cùng phương án thiết kế, vận hành trạm xử lý nước thải tập trung quy mô lớn.

Kỹ sư vận hành công trình môi trường: Kỹ sư trạm xử lý tiếp cận được dữ liệu kiểm chứng thực nghiệm về hiệu quả của chuỗi công nghệ keo tụ, lắng hóa lý kết hợp bể Aerotank - Anoxic đối với nước thải công nghiệp đa ngành.

Học viên cao học và nhà nghiên cứu: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường và Quản lý Môi trường có thể kế thừa phương pháp luận lấy mẫu phân tầng, quy trình phân tích thí nghiệm và kỹ thuật đánh giá tải lượng ô nhiễm nguồn nước mặt tiếp nhận.

Câu hỏi thường gặp

Trạm xử lý nước thải tập trung KCN Quang Châu sử dụng công nghệ gì và công suất hiện tại là bao nhiêu? Trạm xử lý áp dụng dây chuyền công nghệ kết hợp cơ học, hóa lý (keo tụ - tạo bông - lắng hóa lý), sinh học hiếu khí Aerotank kết hợp Anoxic và khử trùng. Công suất vận hành giai đoạn 1 là 3.000 m3/ngày đêm trên tổng quy hoạch toàn khu 12.000 m3/ngày đêm.

Tại sao thông số tổng Nitơ trong nước xả thải đầu ra đôi khi vượt quy chuẩn cột A? Nguyên nhân chủ yếu do sự dao động tải lượng chất hữu cơ từ các nhà máy sản xuất theo mùa vụ khiến tỷ lệ C:N chưa đạt ngưỡng tối ưu, làm giảm hiệu suất chuyển hóa nitrat tại ngăn thiếu khí trước khi nước chuyển sang bể lắng sinh học.

Doanh nghiệp trong KCN Quang Châu tuân thủ quy định pháp lý môi trường như thế nào? Toàn bộ 100% cơ sở đang hoạt động sản xuất (14 doanh nghiệp) đều đã lập báo cáo ĐTM hoặc đề án bảo vệ môi trường được phê duyệt, thực hiện đấu nối nước thải vào mạng lưới thu gom tập trung của khu công nghiệp theo đúng hợp đồng dịch vụ hạ tầng.

Nước thải sau xử lý của KCN Quang Châu được xả ra nguồn tiếp nhận nào và có an toàn không? Nước thải sau khi đạt tiêu chuẩn quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A được xả trực tiếp vào hệ thống kênh mương nội đồng. Kết quả quan trắc 4 đợt tại nguồn tiếp nhận đều đạt QCVN 08:2015/BTNMT cột B1, bảo đảm an toàn cho hoạt động tưới tiêu lúa và hoa màu.

Giải pháp nào giúp doanh nghiệp giảm chi phí xử lý nước thải nội bộ trước khi xả vào trạm chung? Doanh nghiệp nên áp dụng kiểm toán nước, phân tách riêng dòng nước làm mát ít ô nhiễm và dòng nước thải sản xuất đậm đặc, đồng thời áp dụng giải pháp sản xuất sạch hơn để tái sử dụng nước làm mát tuần hoàn khép kín.

Kết luận

Luận văn đã làm sáng tỏ bức tranh toàn cảnh về hiện trạng xả thải và công tác quản lý môi trường nước tại Khu công nghiệp Quang Châu thông qua các phát hiện then chốt:

  • Đánh giá chi tiết đặc tính nguồn thải từ 5 nhóm ngành sản xuất chính trong khu công nghiệp 426 ha.
  • Xác định hiệu suất xử lý chất ô nhiễm COD, BOD5 và TSS của nhà máy xử lý nước thải 3.000 m3/ngày đêm đạt trên 80%.
  • Chỉ ra điểm nghẽn kỹ thuật về sự dao động của thông số tổng Nitơ trong nước xả thải đầu ra.
  • Chứng minh tính an toàn của nguồn nước mặt tiếp nhận phục vụ tưới tiêu nông nghiệp địa phương theo QCVN 08:2015/BTNMT cột B1.
  • Đề xuất hệ thống 4 giải pháp đồng bộ kết hợp giữa quản lý hành chính, giám sát tự động và tối ưu hóa công nghệ sinh học.

Công trình đóng góp luận cứ khoa học tin cậy cho công tác quản trị môi trường khu công nghiệp tại tỉnh Bắc Giang. Các đơn vị quản lý và doanh nghiệp hạ tầng cần sớm xúc tiến lộ trình lắp đặt trạm quan trắc tự động và điều chỉnh chế độ công nghệ trong 3 đến 6 tháng tới nhằm bảo đảm phát triển công nghiệp bền vững gắn liền với bảo vệ nguồn tài nguyên nước.