Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Bãi Cháy, thành phố Hạ Long sở hữu diện tích tự nhiên 1145,85 ha, giữ vai trò hạt nhân trung tâm của chuỗi đô thị - dịch vụ du lịch ven vịnh Hạ Long. Vịnh Hạ Long được UNESCO công nhận là Di sản Thiên nhiên Thế giới, thu hút từ 2,5 đến 2,7 triệu lượt khách du lịch mỗi năm với sự hiện diện của hơn 322 cơ sở lưu trú và 527 tàu du lịch hoạt động thường xuyên. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng áp lực phát triển du lịch đã tạo ra gánh nặng môi trường nghiêm trọng. Tổng lượng nước thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn thành phố Hạ Long đạt khoảng 36.640 m³/ngày đêm, trong khi tổng công suất thiết kế thực tế của các trạm xử lý nước thải tập trung chỉ đạt 15.100 m³/ngày đêm, khiến hơn 20.000 m³/ngày đêm nước thải chưa qua xử lý xả thẳng ra môi trường biển.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và đặc tính ô nhiễm của các nguồn nước thải chính đổ vào khu vực ven biển Bãi Cháy; xác định mức độ ảnh hưởng của nước thải đến chất lượng môi trường nước biển ven bờ trong giai đoạn quan trắc năm 2018 - 2020; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp quản lý, kỹ thuật và công nghệ khả thi nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm, bảo vệ hệ sinh thái cảnh quan di sản. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng khi cung cấp bộ dữ liệu định lượng phục vụ công tác quy hoạch hạ tầng môi trường đô thị, hướng tới mục tiêu kiểm soát 100% nước thải sinh hoạt và bảo tồn chất lượng nước biển theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng đồng thời ba khung lý thuyết và mô hình chuyên ngành để phân tích bản chất lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường biển:

  1. Lý thuyết cân bằng vật chất và mô hình phân tán chất ô nhiễm: Áp dụng mô hình tính toán tải lượng ô nhiễm lý thuyết dựa trên phương trình cân bằng khối lượng $L_n = Q_s \times C_s \times 86,4$ (trong đó $Q_s$ là lưu lượng dòng chảy tính bằng m³/s, $C_s$ là nồng độ chất ô nhiễm tính bằng mg/L, 86,4 là hệ số quy đổi sang kg/ngày) kết hợp mô hình Streeter-Phelps nhằm đánh giá biến thiên nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và oxy hòa tan (DO).
  2. Chỉ số chất lượng nước (VN_WQI): Ứng dụng thang đo chất lượng nước chuẩn hóa từ 0 đến 100 điểm với 5 mức phân loại mức độ ô nhiễm, làm cơ sở lượng hóa mức độ an toàn của nguồn nước phục vụ mục đích tắm biển và bảo tồn sinh vật thủy sinh.
  3. Hệ thống Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia: Sử dụng khung đối sánh pháp lý gồm QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt, Cột B) và QCVN 10-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ, vùng bãi tắm và thể thao dưới nước) cùng QCVN 10:2008/BTNMT để đánh giá các chỉ tiêu hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp điều tra xã hội học: Thực hiện khảo sát phỏng vấn bảng hỏi trên cỡ mẫu 100 đối tượng đại diện, bao gồm 20 chủ tàu, 20 thuyền trưởng, 10 quản lý khách sạn, 10 quản lý nhà hàng, 20 khách du lịch và 20 người dân sinh sống tại phường Bãi Cháy. Phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp ngẫu nhiên được lựa chọn nhằm thu thập góc nhìn đa chiều về thói quen xả thải, nhận thức bảo vệ môi trường và đánh giá cảm quan chất lượng nước ven bờ.
  • Phương pháp khảo sát và quan trắc thực địa: Tiến hành lấy mẫu tại 5 điểm quan trắc trọng điểm (M1: Cửa xả PM Tiêu Giao/Hùng Thắng; M2: Cửa xả trạm xử lý nước thải Bãi Cháy; M3.2: Bãi tắm Đảo Rều - Vinpearl; M4: Cống ngầm phố Vườn Đào; M5: Cửa xả đầm Nam Tuần Châu). Quy trình lấy mẫu chia làm 10 đợt thực nghiệm đại diện cho 2 mùa khí hậu đặc trưng năm 2018 (mùa xuân vào tháng 4 và mùa hè vào tháng 8), bao gồm các ngày thường, ngày cuối tuần và dịp nghỉ lễ cao điểm 30/4 - 1/5.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Toàn bộ chỉ tiêu được phân tích theo các tiêu chuẩn chuẩn hóa: pH đo bằng điện cực theo TCVN 6492:2011; tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đo theo TCVN 6492:2011; BOD5 phân tích theo phương pháp ủ 5 ngày SMEWW 5210D:2012; COD phân tích bằng phương pháp chuẩn độ Bicromat SMEWW 5220C:2012; Amoni ($NH_4^+$) xác định theo TCVN 6179:1996; Coliform xác định theo phương pháp đa ống lên men TCVN 6187-2:1996. Lý do lựa chọn hệ thống phân tích này là nhằm đảm bảo độ chính xác cao, tính pháp lý đồng nhất và phản ánh chuẩn xác tải lượng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Sự quá tải hạ tầng thu gom và xử lý nước thải đô thị: Tỷ lệ thu gom và đưa nước thải về trạm xử lý Bãi Cháy chỉ đạt dao động từ 65,7% đến 91,2% lượng nước thải phát sinh thực tế. Lượng nước thải sinh hoạt và dịch vụ chưa được thu gom (khoảng trên 20.000 m³/ngày đêm trên toàn thành phố Hạ Long) bị rò rỉ trực tiếp qua các cửa xả hở và hệ thống cống thoát nước mưa ven bờ.
  2. Nước thải tại các cửa xả ven bờ có nồng độ chất ô nhiễm cao: Tại các điểm xả hở chưa qua xử lý (M1 và M4), hàm lượng TSS dao động từ 45 đến 185 mg/L, vượt giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B là 100 mg/L) tới 1,85 lần. Chỉ số BOD5 tại M1 và M4 đạt mức cao từ 80,5 đến 87,5 mg/L (vượt 1,61 - 1,75 lần quy chuẩn 50 mg/L). Mật độ Coliform tại các điểm này tăng vọt lên hàng chục nghìn MPN/100 mL trong các kỳ nghỉ lễ, vượt xa ngưỡng 5.000 MPN/100 mL. Ngược lại, tại điểm M2 (sau trạm xử lý) và M5, các thông số đều nằm trong giới hạn cho phép với COD dao động thấp từ 9,7 đến 13,5 mg/L.
  3. Môi trường nước biển ven bờ xuất hiện ô nhiễm cục bộ: Nước biển tại khu vực bãi tắm chịu áp lực lớn từ hoạt động du lịch mùa hè. Chỉ số COD tại các vùng tiếp nhận nước thải ven bãi tắm vượt giới hạn cho phép của quy chuẩn bãi tắm biển từ 1,025 đến 1,175 lần (vượt ngưỡng 4 mg/L theo QCVN 10:2008/BTNMT). Hàm lượng Amoni ($NH_4^+$) tại khu vực ven biển dao động từ 0,5 đến 0,57 mg/L, vượt nhẹ giới hạn 0,5 mg/L của QCVN 10-MT:2015/BTNMT, gây nguy cơ phú dưỡng hóa và kích thích hiện tượng tảo nở hoa.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích cho thấy mối tương quan thuận rõ rệt giữa mật độ khách du lịch, mùa vụ thời tiết và mức độ suy giảm chất lượng nước biển ven bờ. Trong mùa khô và các ngày thường, hàm lượng chất ô nhiễm ở mức tương đối thấp; tuy nhiên, vào dịp nghỉ lễ 30/4 - 1/5 và các đợt cao điểm tháng 8, lượng du khách tập trung đông khiến lưu lượng nước thải vượt xa công suất thiết kế của hệ thống thoát nước hiện hữu. Dữ liệu khảo sát từ 100 phiếu điều tra ghi nhận có tới 80% người được hỏi nhận thấy chất lượng nước biển ven bờ suy giảm vào các tháng mùa hè.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô hình hóa trực quan thông qua các biểu đồ:

  • Biểu đồ cột chồng minh họa lượng nước cấp so sánh với lượng nước thải phát sinh và lượng nước thải thực tế được xử lý qua 12 tháng, cho thấy rõ khoảng thiếu hụt công suất xử lý hơn 20.000 m³/ngày đêm.
  • Biểu đồ đường đa biến thể hiện diễn biến nồng độ TSS, BOD5 và mật độ Coliform theo 10 đợt lấy mẫu, làm nổi bật các đỉnh cực đại trùng khớp với thời điểm diễn ra kỳ nghỉ lễ.

So sánh với khu vực bãi tắm Đảo Rều (M3.2) - nơi có sự quản lý chặt chẽ và không tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt đô thị - các thông số BOD5, COD và Amoni đều ở mức thấp nhất và đạt chuẩn bảo tồn sinh thái. Điều này chứng minh nguồn thải từ các cống ngầm dân sinh và tàu thuyền du lịch ven bờ là nguyên nhân chủ chốt gây ô nhiễm nước biển Bãi Cháy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và hoàn thiện hệ thống hạ tầng thu gom - xử lý nước thải:
    • Nâng công suất thiết kế Nhà máy xử lý nước thải Bãi Cháy từ 3.500 m³/ngày đêm lên mức tối thiểu 15.000 m³/ngày đêm giai đoạn 2025 - 2030, đảm bảo nâng tổng công suất xử lý nước thải toàn thành phố Hạ Long đạt trên 37.000 m³/ngày đêm.
    • Cơ quan chủ trì: Ủy ban nhân dân thành phố Hạ Long phối hợp Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng các Công trình Dân dụng và Công nghiệp tỉnh Quảng Ninh.
  2. Triển khai hệ thống quan trắc tự động và ứng dụng công nghệ IoT:
    • Lắp đặt hệ thống cảm biến đo đạc tự động, truyền dữ liệu thời gian thực (real-time) tại 100% cửa xả chính (M1, M4, khu vực bến tàu Cái Lân và cảng tàu khách) đối với các thông số pH, DO, TSS, Amoni và COD.
    • Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong giai đoạn 2024 - 2026 do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh quản lý vận hành.
  3. Tăng cường thanh tra, kiểm soát chất thải từ phương tiện thủy và cơ sở lưu trú:
    • Kiểm soát nghiêm ngặt 527 tàu du lịch và 322 cơ sở khách sạn, nhà hàng trên địa bàn; bắt buộc lắp đặt thiết bị tách dầu mỡ, bồn chứa kín đạt chuẩn kỹ thuật và cấm tuyệt đối hành vi xả nước dằn, nước đáy tàu trực tiếp ra vịnh.
    • Cơ quan thực hiện: Ban Quản lý Vịnh Hạ Long, Cảng vụ Hàng hải Quảng Ninh và Đội Cảnh sát Môi trường định kỳ kiểm tra 2 đợt/tháng.
  4. Đẩy mạnh truyền thông cộng đồng và quản lý tổng hợp đới bờ:
    • Tổ chức các chương trình truyền thông nâng cao nhận thức cho hơn 100.000 người dân địa phương và hàng triệu lượt du khách; phấn đấu giảm thiểu 90% lượng rác thải nhựa và chất thải rắn trôi nổi ven bờ đến năm 2026.
    • Đơn vị thực hiện: UBND phường Bãi Cháy phối hợp các hiệp hội du lịch địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên, môi trường và du lịch:
    • Lợi ích & Use case: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Phòng TN&MT thành phố Hạ Long sử dụng số liệu thực chứng của 5 trạm quan trắc để xây dựng quy hoạch phân vùng bảo vệ chất lượng nước, định mức xả thải và quy hoạch hạ tầng thoát nước đới bờ.
  2. Ban Quản lý Vịnh Hạ Long và doanh nghiệp du lịch, dịch vụ biển:
    • Lợi ích & Use case: Giúp đơn vị vận hành quản lý chặt chẽ 527 phương tiện tàu du lịch, thiết lập quy trình kiểm soát rác thải, nước thải đáy tàu và bảo đảm chất lượng vệ sinh môi trường bãi tắm phục vụ khách quốc tế.
  3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường:
    • Lợi ích & Use case: Cung cấp tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu về phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm, áp dụng quy chuẩn QCVN và thiết kế chương trình quan trắc môi trường đới bờ biển nhiệt đới.
  4. Các chuyên gia quy hoạch đô thị và tổ chức bảo tồn di sản:
    • Lợi ích & Use case: Tham khảo mô hình cân bằng tải lượng tiếp nhận chất ô nhiễm để ứng dụng vào các bài toán đánh giá sức chịu tải sinh thái tại các đô thị ven biển và vùng đệm di sản trên cả nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân cốt lõi gây ô nhiễm nước biển ven bờ Bãi Cháy là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu do sự thiếu hụt công suất hạ tầng xử lý nước thải sinh hoạt (thiếu hụt hơn 20.000 m³/ngày đêm), kết hợp với hoạt động xả thải trực tiếp từ 527 tàu du lịch và sự cố rò rỉ tại các miệng cống thu gom ven bờ như khu vực phố Vườn Đào và Tiêu Giao.

  2. Chỉ số ô nhiễm nào tại các điểm xả thải ven bờ vượt quy chuẩn cao nhất?
    Chỉ số TSS và BOD5 tại các điểm xả hở (M1, M4) vượt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT cao nhất, trong đó TSS đạt 185 mg/L (vượt 1,85 lần ngưỡng 100 mg/L) và BOD5 đạt 87,5 mg/L (vượt 1,75 lần ngưỡng 50 mg/L), đi kèm mật độ Coliform tăng mạnh.

  3. Tính chất mùa vụ du lịch ảnh hưởng thế nào đến chất lượng nước biển?
    Vào mùa cao điểm hè và các đợt nghỉ lễ 30/4 - 1/5, lượng khách tăng vọt khiến nồng độ Amoni ($NH_4^+$), COD và Coliform tại các vùng biển ven bãi tắm tăng từ 20% đến 45% so với mùa xuân, tạo nguy cơ bùng phát hiện tượng tảo nở hoa.

  4. Nước biển tại khu vực bãi tắm Bãi Cháy có đảm bảo an toàn cho du khách không?
    Nhìn chung các thông số pH, DO và kim loại nặng vẫn đáp ứng tiêu chuẩn tắm biển theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT. Tuy nhiên, tại một số vị trí gần cửa xả vào ngày lễ cao điểm, chỉ số COD vượt từ 1,025 đến 1,175 lần ngưỡng cho phép, đòi hỏi phải tăng cường kiểm soát cục bộ.

  5. Giải pháp công nghệ nào được đánh giá là cấp bách nhất hiện nay?
    Giải pháp cấp bách nhất là nâng cấp công suất trạm xử lý nước thải Bãi Cháy lên 15.000 m³/ngày đêm và triển khai lắp đặt trạm quan trắc tự động IoT liên tục tại 5 vị trí xả thải xung yếu để giám sát tải lượng chất ô nhiễm 24/7.

Kết luận

  • Tổng hợp hiện trạng: Luận văn đã phân tích toàn diện 5 nguồn thải chính tác động trực tiếp đến 1145,85 ha diện tích bờ vịnh Bãi Cháy, chỉ ra lượng nước thải chưa qua xử lý vượt mốc 20.000 m³/ngày đêm.
  • Minh chứng thực nghiệm: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm qua 10 đợt quan trắc năm 2018 tại 5 trạm đo, định lượng chính xác mức độ vượt chuẩn của các chỉ tiêu TSS, BOD5, COD, Amoni và Coliform theo hệ thống QCVN.
  • Đóng góp khoa học: Thiết lập quy trình đánh giá kết hợp giữa mô hình cân bằng vật chất, chỉ số chất lượng nước VN_WQI và phương pháp điều tra xã hội học trên 100 đối tượng.
  • Hệ thống giải pháp: Đề xuất 4 nhóm giải pháp đồng bộ về kỹ thuật hạ tầng, công nghệ quan trắc tự động, kiểm soát phương tiện thủy và truyền thông cộng đồng với lộ trình thực hiện cụ thể đến năm 2030.
  • Khuyến nghị tiếp theo: Đề nghị các cơ quan chức năng tỉnh Quảng Ninh và thành phố Hạ Long sớm phê duyệt dự án mở rộng nhà máy xử lý nước thải Bãi Cháy và triển khai lắp đặt mạng lưới quan trắc tự động nhằm bảo tồn bền vững Di sản Thiên nhiên Thế giới Vịnh Hạ Long.