Tổng quan nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ tại thành phố Hà Nội kéo theo sức ép khổng lồ về quản lý chất thải rắn sinh hoạt. Theo số liệu thống kê, nếu như năm 2005 dân số Hà Nội là 3,23 triệu người với lượng rác thải sinh hoạt phát sinh khoảng 5.000 tấn/ngày thì đến cuối năm 2014, quy mô dân số đã tăng lên hơn 7,2 triệu người (chưa kể gần 1 triệu người tạm trú không đăng ký hộ khẩu thường trú). Sự gia tăng dân số gấp gần 2,3 lần đã khiến khối lượng rác thải sinh hoạt tăng đột biến với tốc độ gia tăng trung bình khoảng 15% mỗi năm. Thực trạng này đặt hệ thống xử lý chất thải rắn của toàn thành phố vào tình trạng quá tải nghiêm trọng, đặc biệt là tại Khu xử lý rác thải Xuân Sơn thuộc xã Xuân Sơn, thị xã Sơn Tây.
Khu liên hiệp xử lý chất thải rắn Xuân Sơn được đầu tư ban đầu với tổng kinh phí khoảng 70 tỷ đồng trên quy mô diện tích giai đoạn 1 và 2 đạt khoảng 26 ha. Công trình có nhiệm vụ tiếp nhận, xử lý rác thải cho thị xã Sơn Tây và nhiều huyện ngoại thành phía Tây Thủ đô như Thạch Thất, Quốc Oai, Đan Phượng, Hoài Đức, Từ Liêm và Thanh Xuân với tổng khối lượng vận chuyển lên tới 700 tấn/ngày. Tuy nhiên, sự phức tạp trong mô hình vận hành và hạ tầng kỹ thuật chưa đồng bộ đã dẫn tới nguy cơ suy thoái môi trường đất, nước và không khí. Điển hình là lượng nước rỉ rác phát sinh từ 177 m3/ngày đêm trong mùa khô lên tới 343 m3/ngày đêm trong mùa mưa, gây đe dọa trực tiếp tới hệ sinh thái nông nghiệp và nguồn nước mặt của khu vực.
Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng các thành phần môi trường trong và xung quanh khuôn viên Nhà máy xử lý rác thải Xuân Sơn trong giai đoạn 2011 - 2015. Trên cơ sở nhận diện các điểm nghẽn kỹ thuật và xung đột quản lý, đề tài thiết lập hệ thống giải pháp kiểm soát ô nhiễm, nâng cao hiệu suất xử lý nước rỉ rác từ mức dưới 50% lên đạt 100% công suất thiết kế, đảm bảo an toàn sinh thái cho 5.929 người dân địa phương và các vùng đệm lân cận.
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 chất thải rắn tích hợp kết hợp với lý thuyết lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường địa chất thủy văn và khí quyển tầng thấp. Mô hình chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka của Nhật Bản được áp dụng để đối chiếu quá trình chuyển hóa chất thải, giúp phân tích cơ chế phân hủy hiếu khí và kỵ khí trong thân bãi rác.
Về mặt hóa sinh môi trường, quá trình phân hủy chất thải hữu cơ trải qua 2 giai đoạn chính gồm thủy phân và lên men kỵ khí. Giai đoạn lên men kỵ khí tiếp tục phân hóa thành 3 bước: lên men acid (pH hạ xuống dưới mức 5 do hình thành các acid hữu cơ như lactic, butyric, propionic), giai đoạn chuyển tiếp tạo các khí trung gian (CO2, N2O, CH4, H2S) và giai đoạn lên men methan kiềm hóa với hàm lượng CH4 đạt từ 5% đến 15% gây nguy cơ cháy nổ cao. Bên cạnh đó, khái niệm nước rỉ rác được định lượng với tải lượng ô nhiễm hữu cơ đặc biệt lớn, trong đó các bãi rác dưới 2 năm có nồng độ COD dao động từ 3.000 đến 60.000 mg/l và BOD5 dao động từ 2.000 đến 20.000 mg/l. Khung lý thuyết về xử lý nhiệt cũng được vận dụng để đánh giá công nghệ lò đốt rác với yêu cầu kiểm soát buồng đốt thứ cấp ở nhiệt độ trên 1.100 độ C nhằm ngăn chặn sự hình thành của Dioxin và Furan.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng hệ thống dữ liệu quan trắc môi trường đa nguồn, bao gồm báo cáo kỹ thuật từ Sở Xây dựng Hà Nội, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, số liệu khí tượng thủy văn trạm Sơn Tây giai đoạn 2011 - 2015 (nhiệt độ trung bình năm đạt 22,4 độ C, lượng mưa trung bình dao động từ 1.306,3 mm đến 1.892,7 mm/năm) và số liệu vận hành thực tế của Hợp tác xã Thành Công, Công ty Cổ phần Môi trường & Công trình đô thị Sơn Tây cùng Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội.
Về phương pháp phân tích, tác giả áp dụng phương pháp thống kê so sánh đối chiếu với các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia như QCVN 30:2012/BTNMT về khí thải lò đốt chất thải công nghiệp và sinh hoạt, kết hợp phương pháp cân bằng vật chất để tính toán lượng nước rỉ rác tồn lưu. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 10 vị trí lấy mẫu đất tầng mặt và đất sâu xung quanh các ô chôn lấp, chuỗi dữ liệu phân tích chất lượng nước tại 4 hồ chứa nước rác với tổng dung tích lưu trữ 47.000 m3, và các bộ số liệu đo đạc khí thải từ 2 dây chuyền đốt rác có tổng công suất 700 tấn/ngày. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích theo không gian địa lý và chế độ thủy văn theo mùa được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác tác động tích tụ ô nhiễm trong các đợt mưa lớn cực đoan có lượng mưa từ 200 mm đến 330 mm.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Thứ nhất, năng lực vận hành thực tế của các trạm xử lý nước rỉ rác bị thiếu hụt nghiêm trọng so với công suất thiết kế. Mặc dù tổng công suất thiết kế của các trạm xử lý đạt từ 800 đến 1.000 m3/ngày đêm, nhưng công suất thực tế bình quân chỉ đạt 404 m3/ngày đêm, tương ứng tỷ lệ đạt 47,5%. Trong đó, Trạm xử lý của Công ty Cổ phần Môi trường & Công trình đô thị Sơn Tây chỉ đạt hiệu suất 55% với công suất thực tế 164 m3/ngày đêm, còn Trạm của Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội đạt khoảng 240 m3/ngày đêm. Hệ quả trực tiếp là khối lượng nước rác tồn đọng chưa qua xử lý lũy kế đến ngày 31/7/2015 lên tới khoảng 47.000 m3 (trong đó 17.000 m3 nằm tại hồ chứa giai đoạn 1, 14.000 m3 tại hồ giai đoạn 2, 10.000 m3 ứ đọng trong ô chôn lấp số 1 và 6.000 m3 tại hồ Fukuoka). Nếu tính cả lượng nước rác phát sinh 5 tháng cuối năm 2015 là 52.479 m3, tổng lượng nước rác cần xử lý lên tới 99.479 m3, vượt xa khả năng tiếp nhận thực tế.
Thứ hai, phát thải khí từ các lò đốt rác có dấu hiệu vượt quy chuẩn môi trường. Nồng độ SO2 đo đạc được đạt 323 mg/m3, vượt 1,29 lần so với giới hạn 250 mg/m3 quy định tại QCVN 30:2012/BTNMT cột B. Nồng độ khí CO đạt mức 622 mg/m3, vượt 2,48 lần so với ngưỡng cho phép 250 mg/m3. Lượng phát thải CO2 đạt tới 162.825 mg/m3. Cùng với đó, hoạt động của các phương tiện vận tải và máy san ủi phát sinh tiếng ồn lớn, dao động từ 80 đến 90 dBA, tác động trực tiếp đến sức khỏe của công nhân và khu dân cư lân cận.
Thứ ba, sự gia tăng nhanh chóng của khối lượng chất thải tiếp nhận thực tế tạo áp lực quá tải lên các ô chôn lấp. Tại Nhà máy xử lý rác Sơn Tây, khối lượng rác xử lý năm 2014 là 100.404 tấn (trung bình 275,07 tấn/ngày) đã tăng lên 65.158 tấn chỉ trong 6 tháng đầu năm 2015 (tương đương 361,98 tấn/ngày, tăng 31,6%). Tại nhà máy do Hợp tác xã Thành Công quản lý, khối lượng rác đốt năm 2014 là 34.923 tấn (95,67 tấn/ngày) và 6 tháng đầu năm 2015 đạt 20.000 tấn. Cao độ của các ô chôn lấp giai đoạn 2 đã nâng lên mức +37,00 m và dự kiến chạm mốc đóng bãi +43,00 m trong thời gian ngắn.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân căn bản của việc tồn đọng nước rác xuất phát từ cơ chế nghiệm thu và quy trình xả thải chưa tối ưu. Việc doanh nghiệp phải thuê bên thứ ba lấy mẫu và chờ kết quả phân tích chất lượng nước trong thời gian trung bình 7 ngày mới được cấp phép xả thải đã làm gián đoạn tính liên tục của hệ thống. Bên cạnh đó, các hồ chứa có cao độ âm so với mặt đường khiến nước mưa chảy tràn dễ dàng hòa lẫn với nước rỉ rác, ước tính làm gia tăng lưu lượng phát sinh thêm 0,1 m3 trên mỗi tấn rác tiếp nhận.
Về mặt trực quan hóa dữ liệu, các diễn biến này có thể được mô tả rõ nét qua biểu đồ dạng cột kép so sánh giữa công suất thiết kế (800 - 1.000 m3/ngày đêm) với công suất thực tế (404 m3/ngày đêm), kết hợp bảng cân bằng vật chất nước rỉ rác qua từng tháng. So sánh với các nghiên cứu tại bãi rác Nam Sơn (Sóc Sơn), khu xử lý Xuân Sơn chịu rủi ro môi trường kép do nằm ở vị trí giáp ranh giữa thị xã Sơn Tây và huyện Ba Vì, tiếp giáp nguồn nước tưới tiêu của Hồ Suối Hai với dung tích 45 triệu m3 và Hồ Xuân Khanh rộng 104 ha phục vụ tưới tiêu cho hơn 7.000 ha đất nông nghiệp. Tình trạng nước rác rò rỉ tràn bờ bao trong các đợt mưa lớn đã ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lúa vụ đông (gieo trồng 710 ha) và đời sống của các thôn lân cận như thôn Lễ Khê, An Sơn.
Đề xuất và khuyến nghị
Để giải quyết triệt để các tồn tại môi trường tại khu vực Nhà máy xử lý rác thải Xuân Sơn, bốn nhóm giải pháp chiến lược cần được triển khai đồng bộ:
Thống nhất đầu mối quản lý nhà nước và hoàn thiện quy chế phối hợp: Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội cần ban hành văn bản thống nhất phân cấp quản lý khu xử lý rác Xuân Sơn về một cơ quan đầu mối duy nhất là Sở Xây dựng hoặc Sở Tài nguyên và Môi trường thay vì cơ chế song trùng quản lý theo Quyết định 11/2011/QĐ-UBND và Quyết định 16/2013/QĐ-UBND. Thiết lập quy chế kiểm tra liên ngành, rút ngắn thời gian cấp phép xả thải từ 7 ngày xuống dưới 24 giờ thông qua lắp đặt hệ thống quan trắc tự động liên tục trước quý II năm 2017 do Sở Tài nguyên và Môi trường chủ trì.
Nâng cấp hạ tầng kỹ thuật và giải tỏa nước rác tồn đọng: Yêu cầu Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội và Công ty Cổ phần Môi trường & Công trình đô thị Sơn Tây đầu tư nâng cấp công nghệ, đưa công suất vận hành thực tế đạt 100% công suất thiết kế (800 - 1.000 m3/ngày đêm) nhằm xử lý dứt điểm 47.000 m3 nước rác lưu chứa trước mùa mưa năm 2017. Triển khai phủ bạt HDPE chống thấm trên 2/3 diện tích các ô chôn lấp giai đoạn 2 nhằm tách nước mưa triệt để, ngăn chặn nguy cơ vỡ bờ bao khi có mưa cực đoan trên 280 mm.
Cải tiến công nghệ đốt rác và kiểm soát khí thải độc hại: Các đơn vị vận hành gồm Hợp tác xã Thành Công và Công ty Cổ phần Dịch vụ Môi trường Thăng Long phải tiến hành bảo dưỡng định kỳ hệ thống xử lý khí thải, lắp đặt tháp hấp thụ ướt và hệ thống lọc bụi tĩnh điện để giảm nồng độ SO2 từ 323 mg/m3 về dưới 250 mg/m3 và nồng độ CO từ 622 mg/m3 về dưới 250 mg/m3 theo chuẩn QCVN 30:2012/BTNMT trước tháng 12 năm 2016. Đảm bảo nhiệt độ buồng đốt thứ cấp luôn duy trì trên 1.100 độ C để ngăn chặn triệt để phát sinh Dioxin và Furan.
Thúc đẩy phân loại rác tại nguồn và xây dựng vùng đệm an toàn: Ủy ban nhân dân thị xã Sơn Tây phối hợp với Ủy ban nhân dân huyện Ba Vì thực hiện tuyên truyền, hướng dẫn phân loại chất thải rắn sinh hoạt cho 1.446 hộ gia đình (đạt 89% số hộ xã Xuân Sơn), phấn đấu giảm 20% lượng rác chôn lấp trực tiếp đến năm 2018. Đồng thời, đẩy nhanh tiến độ đền bù, giải phóng mặt bằng khu đất 13 ha tại xã Tản Lĩnh để tạo hành lang cây xanh cách ly an toàn môi trường bán kính 500 m quanh nhà máy.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nhóm cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và đô thị: Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng Ủy ban nhân dân thị xã Sơn Tây có thể sử dụng số liệu của luận văn làm căn cứ khoa học để điều chỉnh quy hoạch mạng lưới xử lý rác thải liên huyện và xây dựng quy trình giám sát xả thải nước rác tự động.
Nhóm doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực xử lý chất thải: Các đơn vị như Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội, Hợp tác xã Thành Công và các nhà đầu tư công nghệ lò đốt rác có thể tham khảo các thông số kỹ thuật thực nghiệm về nồng độ khí thải (SO2 đạt 323 mg/m3, CO đạt 622 mg/m3) và mô hình bãi chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka công suất 240 tấn/ngày để tối ưu hóa quy trình vận hành nhà máy.
Nhóm viện nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đô thị có thể khai thác bộ dữ liệu thực địa 5 năm (2011 - 2015) và case study điển hình về xung đột quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị tại vùng đệm sinh thái giáp ranh.
Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư khu vực lân cận: Ủy ban nhân dân xã Xuân Sơn, xã Tản Lĩnh và người dân thôn Lễ Khê, An Sơn có thể sử dụng các kết quả đánh giá chất lượng nguồn nước và không khí để giám sát cộng đồng, bảo vệ an toàn cho 45 triệu m3 nước Hồ Suối Hai và các vùng sản xuất nông nghiệp địa phương.
Câu hỏi thường gặp
Nước rỉ rác tại khu xử lý Xuân Sơn có mức độ ô nhiễm hữu cơ như thế nào? Nước rỉ rác phát sinh tại các ô chôn lấp chứa hàm lượng ô nhiễm cực kỳ cao, với nồng độ COD dao động từ 3.000 đến 60.000 mg/l và BOD5 từ 2.000 đến 20.000 mg/l ở các bãi rác dưới 2 năm tuổi. Lượng nước rác phát sinh dao động từ 177 m3/ngày đêm trong mùa khô đến 343 m3/ngày đêm trong mùa mưa, đòi hỏi quy trình xử lý hóa lý kết hợp sinh học nghiêm ngặt.
Tại sao công suất thực tế của các trạm xử lý nước rác chỉ đạt khoảng 50% thiết kế? Tổng công suất thiết kế đạt 800 - 1.000 m3/ngày đêm nhưng thực tế chỉ xử lý được 404 m3/ngày đêm do vướng mắc thủ tục kiểm định mẫu xả thải mất tới 7 ngày chờ đợi, kết hợp với việc thiếu thống nhất phương pháp điều tiết nước đầu vào giữa các đơn vị vận hành trong những tháng đầu năm 2015.
Khí thải từ các nhà máy đốt rác tại Xuân Sơn có những thông số nào vượt ngưỡng? Kết quả quan trắc cho thấy nồng độ SO2 phát tán đạt 323 mg/m3, vượt 1,29 lần so với giới hạn 250 mg/m3 của QCVN 30:2012/BTNMT cột B. Đồng thời, nồng độ CO ghi nhận mức 622 mg/m3, vượt tới 2,48 lần ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, kèm theo mức ồn vận hành từ 80 đến 90 dBA.
Công nghệ chôn lấp bán hiếu khí Fukuoka mang lại ưu điểm gì tại bãi rác Xuân Sơn? Công nghệ Fukuoka Nhật Bản áp dụng tại ô chôn lấp số 3 với công suất 240 tấn/ngày giúp tăng cường lưu thông không khí tự nhiên vào đáy bãi rác, đẩy nhanh tốc độ phân hủy hiếu khí chất hữu cơ, giảm thiểu phát sinh khí mùi hôi (H2S, CH4) và cải thiện đáng kể chất lượng nước rỉ rác đầu ra so với chôn lấp kỵ khí truyền thống.
Khu xử lý rác ảnh hưởng thế nào đến sản xuất nông nghiệp của người dân xã Xuân Sơn? Tình trạng quá tải và nước rác rò rỉ trong mùa mưa từng gây ngập úng cục bộ tại thôn Lễ Khê, làm suy giảm năng suất lúa và hoa màu trên diện tích 710 ha đất canh tác vụ đông, đồng thời đe dọa gián tiếp đến nguồn nước tưới tiêu từ Hồ Xuân Khanh rộng 104 ha của xã.
Kết luận
- Dân số Hà Nội tăng nhanh lên hơn 7,2 triệu người năm 2014 khiến lượng rác thải sinh hoạt tăng mạnh 15%/năm, tạo áp lực tiếp nhận hơn 700 tấn rác/ngày tại bãi rác Xuân Sơn.
- Hiệu suất xử lý nước rỉ rác thực tế chỉ đạt 404 m3/ngày đêm (47,5% thiết kế), gây ứ đọng 47.000 m3 nước rác đe dọa an toàn môi trường nước mặt và nước ngầm.
- Khí thải lò đốt ghi nhận nồng độ SO2 đạt 323 mg/m3 và CO đạt 622 mg/m3, vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và cần được kiểm soát chặt chẽ.
- Sự chồng chéo trong cơ chế quản lý giữa 3 đơn vị chôn lấp và 2 đơn vị xử lý nước rác là điểm nghẽn chính làm suy giảm hiệu lực vận hành.
- Hệ thống 4 nhóm giải pháp đề xuất cung cấp lộ trình khoa học và khả thi để nâng công suất xử lý đạt 100% và bảo vệ hệ sinh thái khu vực.
Luận văn đã đóng góp một hệ thống cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về hiện trạng môi trường tại Khu xử lý rác thải Xuân Sơn, chỉ rõ những bất cập trong quản trị hạ tầng kỹ thuật đô thị. Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp vận hành cần khẩn trương phối hợp triển khai nâng cấp công nghệ xử lý nước rác, lắp đặt trạm quan trắc khí thải tự động và mở rộng vành đai cách ly an toàn 13 ha trong giai đoạn tiếp theo để bảo đảm phát triển bền vững cho Thủ đô.