Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ công nghiệp hóa tại Việt Nam mang lại động lực tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ nhưng đồng thời tạo ra những áp lực môi trường chưa từng có đối với hệ thống tài nguyên nước mặt. Thống kê toàn quốc cho thấy khoảng 70% trong tổng số hơn 1 triệu m3 nước thải phát sinh mỗi ngày từ các khu công nghiệp xả thẳng ra nguồn tiếp nhận mà không qua xử lý đạt chuẩn. Thực trạng này đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước và hệ sinh thái thủy sinh tại nhiều vùng kinh tế trọng điểm.

Tại tỉnh Thái Nguyên, Khu công nghiệp Sông Công I được quy hoạch với tổng diện tích 320 ha, quy tụ 26 cơ sở sản xuất đang vận hành thuộc các ngành cơ khí, luyện kim, hóa chất, may mặc và vật liệu xây dựng. Lượng nước thải công nghiệp phát sinh từ phân khu B đạt lưu lượng trung bình khoảng 1000 m3/ngày đêm, dao động từ 800 đến 1200 m3/ngày đêm, xả trực tiếp vào suối Văn Dương thuộc địa bàn xã Tân Quang, thị xã Sông Công. Suối Văn Dương giữ vai trò huyết mạch cung cấp khoảng 15 triệu m3 nước mỗi năm để phục vụ tưới tiêu cho 1121 ha đất nông nghiệp của thị xã Sông Công và các vùng lân cận thuộc huyện Phổ Yên, huyện Phú Bình.

Nghiên cứu được triển khai nhằm mục tiêu nhận diện, đo lường và đánh giá toàn diện mức độ ảnh hưởng của nước thải công nghiệp đến chất lượng nước suối Văn Dương qua hai mùa khí hậu đặc trưng năm 2011. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học định lượng về tải lượng ô nhiễm, làm căn cứ thực tiễn để các cơ quan quản lý ban hành giải pháp kỹ thuật, kiểm soát xả thải và bảo vệ nguồn tài nguyên nước cho cộng đồng địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Đề tài vận dụng lý thuyết lan truyền và chuyển hóa chất ô nhiễm trong môi trường nước mặt nhằm mô tả quy luật biến đổi nồng độ chất thải theo dòng chảy từ điểm xả thải ra các phân đoạn thượng lưu và hạ lưu. Đồng thời, nghiên cứu tích hợp lý thuyết tải lượng ô nhiễm và sức chịu tải của thủy vực để xác định tổng khối lượng các chất gây hại mà nguồn tiếp nhận phải hấp thụ mỗi ngày.

Khung lý thuyết tập trung vào các khái niệm môi trường cốt lõi bao gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và Nhu cầu oxy hóa học (COD) phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ; Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đại diện cho độ đục và nguy cơ bồi lắng; Hàm lượng Amoni (NH4-N) phản ánh tình trạng phú dưỡng hóa; Nhóm kim loại nặng độc hại có khả năng tích lũy sinh học cao gồm Cadimi (Cd), Kẽm (Zn), Mangan (Mn), Sắt (Fe), Niken (Ni); và Chỉ số vi sinh vật Coliform biểu thị ô nhiễm nước thải sinh hoạt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thứ sinh từ các báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2005 - 2010 kết hợp với nguồn dữ liệu sơ cấp thu thập qua các đợt khảo sát thực địa năm 2011.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế với 6 vị trí quan trắc đặc thù chia làm hai nhóm đối tượng:

  • Nhóm mẫu nước thải: Gồm 2 mẫu ký hiệu NT-1 (lấy vào mùa khô, tháng 2/2011) và NT-2 (lấy vào mùa mưa, tháng 6/2011) tại cửa xả duy nhất của Khu công nghiệp Sông Công trước khi đổ vào suối Văn Dương.
  • Nhóm mẫu nước mặt: Gồm 4 mẫu ký hiệu NM-1, NM-2 (mùa mưa) và NM-3, NM-4 (mùa khô) được lấy tại các vị trí cách điểm tiếp nhận nước thải 300m về phía thượng lưu và 300m về phía hạ lưu.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích tại các vị trí trước và sau nguồn xả giúp phân lập chính xác tác động cục bộ của nước thải khu công nghiệp so với nền chất lượng nước tự nhiên. Quy trình lấy mẫu và bảo quản tuân thủ nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia: TCVN 5999:1995 đối với nước thải, TCVN 5996:1995 đối với nước mặt và TCVN 5993:1995 về hướng dẫn bảo quản mẫu. Nước mặt được lấy ở độ sâu tiêu chuẩn 20 cm dưới mặt nước.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích hóa lý tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm (quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS cho kim loại nặng, phương pháp chuẩn độ và đo quang cho các chỉ tiêu hóa lý, phương pháp màng lọc cho vi sinh vật) nhằm đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối khi so sánh với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT. Toàn bộ số liệu được thống kê và xử lý định lượng trên phần mềm Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích chất lượng nước thải tại cửa xả Khu công nghiệp Sông Công trước khi đổ vào suối Văn Dương ghi nhận nồng độ nhiều thông số ô nhiễm vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật cho phép ở mức báo động:

Thứ nhất, ô nhiễm kim loại nặng ở mức nghiêm trọng. Hàm lượng Cadimi (Cd) vào mùa mưa đạt 3,073 mg/l, vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) tới 30,73 lần; vào mùa khô đạt 2,958 mg/l, vượt 29,58 lần. Hàm lượng Mangan (Mn) mùa mưa đạt 29,22 mg/l, vượt quy chuẩn 29,22 lần; mùa khô đạt 18,354 mg/l, vượt 18,35 lần. Hàm lượng Kẽm (Zn) dao động từ 9,24 mg/l ở mùa khô đến 11,175 mg/l ở mùa mưa, vượt chuẩn từ 3,08 đến 3,73 lần. Hàm lượng Sắt (Fe) mùa mưa đạt 7,09 mg/l, vượt chuẩn 1,42 lần.

Thứ hai, ô nhiễm chất rắn lơ lửng và vi sinh vật diễn biến phức tạp. Hàm lượng TSS trong nước thải đạt 323,7 mg/l vào mùa mưa (vượt 3,24 lần) và 301,5 mg/l vào mùa khô (vượt 3,02 lần). Chỉ số Coliform đạt 21000 MPN/100ml vào mùa mưa và 20000 MPN/100ml vào mùa khô, vượt ngưỡng cho phép 5000 MPN/100ml từ 4,0 đến 4,2 lần.

Thứ ba, sự đóng góp ô nhiễm cục bộ từ các cơ sở sản xuất quy mô lớn và nước mưa chảy tràn. Điển hình, Công ty Cổ phần Đầu tư và Thương mại TNG xả 116 m3 nước thải/ngày có hàm lượng BOD lên tới 142 mg/l (vượt chuẩn 2,84 lần) và NH4-N đạt 41,4 mg/l (vượt chuẩn 4,14 lần). Nhà máy Kẽm điện phân xả 354 m3 nước thải/ngày chứa Cd vượt 1,36 lần và Zn vượt 1,08 lần. Nghiêm trọng nhất là mẫu nước mưa chảy tràn tại Công ty TNHH Titan Hoa Hằng có tính axit cực mạnh với pH 3,1, nồng độ Fe lên tới 16755,2 mg/l (vượt quy chuẩn 3351 lần), Mn đạt 541,7 mg/l (vượt 541,7 lần), Ni đạt 86,34 mg/l (vượt 172,68 lần) và Zn đạt 56,1 mg/l (vượt 18,7 lần).

Thứ tư, tải lượng ô nhiễm khổng lồ đổ vào suối Văn Dương. Với lưu lượng xả bình quân 1000 m3/ngày, mỗi năm khu công nghiệp đưa vào lòng suối khoảng 4,1 tấn BOD, 97,11 tấn TSS và 0,92 tấn Cadimi nguyên chất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của tình trạng ô nhiễm là do tại thời điểm khảo sát tháng 6/2011, trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2000 m3/ngày đêm của Khu công nghiệp Sông Công đang trong giai đoạn hoàn thiện, chưa đi vào vận hành chính thức. Phần lớn các doanh nghiệp chỉ xử lý sơ bộ mang tính hình thức. Trong số 26 cơ sở đang hoạt động, chỉ có 3 doanh nghiệp ký hợp đồng xử lý và lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng, 23 doanh nghiệp còn lại đấu nối xả thải tự do mà không qua kiểm soát định lượng.

Dữ liệu quan trắc khi được biểu diễn qua biểu đồ cột đa trục thể hiện rõ nồng độ các chất ô nhiễm kim loại nặng và Coliform trong mùa mưa luôn tăng cao hơn mùa khô từ 15% đến 58%. Điều này giải thích hiện tượng nước mưa chảy tràn cuốn theo bụi kim loại, hóa chất rò rỉ và bùn thải từ các bãi chứa quặng lộ thiên không có mái che của các nhà máy luyện kim, phân bón đổ vào hệ thống thoát nước chung. Bảng cân bằng khối lượng vật chất phản ánh sự suy giảm nghiêm trọng của chất lượng nước suối Văn Dương tại điểm NM-2 và NM-4 (hạ lưu 300m), đe dọa trực tiếp chuỗi thức ăn thủy sinh và tích lũy độc chất vào nông sản tưới tiêu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả phân tích thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ:

  1. Nâng cấp và vận hành tối ưu hệ sinh thái xử lý nước thải tập trung: Khẩn trương đưa trạm xử lý nước thải tập trung công suất 2000 m3/ngày đêm vào vận hành đạt 100% công suất thiết kế. Bổ sung khẩn cấp modul xử lý hóa lý chuyên sâu gồm các bể keo tụ, tạo bông, lắng và lọc kim loại nặng theo Văn bản số 362/BQL-QH&MT ngày 16/7/2012 để xử lý triệt để Cadimi, Kẽm, Mangan đạt 100% giới hạn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) trước quý IV/2012. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý các Khu công nghiệp Thái Nguyên và Công ty Phát triển Hạ tầng Khu công nghiệp.

  2. Chuẩn hóa quy chế đấu nối và kiểm soát nguồn thải tại nguồn: Ban hành quy định bắt buộc 100% trong số 26 doanh nghiệp đang hoạt động phải ký hợp đồng thu gom nước thải, hoàn thiện hệ thống xử lý nội bộ đạt chuẩn sơ bộ và lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tự động trước tháng 12/2012. Xử phạt nghiêm khắc hoặc đình chỉ hoạt động đối với các cơ sở cố tình xả lén nước thải chưa qua xử lý. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên phối hợp với Thanh tra Môi trường.

  3. Kiểm soát triệt để nước mưa chảy tràn và chất thải rắn công nghiệp: Yêu cầu các nhà máy luyện kim, đúc phôi thép, sản xuất kẽm và quặng titan (như Titan Hoa Hằng, Nhà máy Kẽm điện phân) phải xây dựng mái che kín toàn bộ khu vực lưu chứa quặng, bãi xỉ thải 500 tấn/tháng và khu lưu giữ chất thải nguy hại. Thiết lập rãnh thu gom nước mưa riêng biệt có hố lắng cơ học để triệt tiêu hoàn toàn nguồn phát sinh nước rỉ có pH axit 3,1 và hàm lượng Fe vượt ngưỡng trước mùa mưa năm 2013. Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp sản xuất trong Khu B, Khu công nghiệp Sông Công I.

  4. Xây dựng mạng lưới quan trắc tự động và phục hồi môi trường suối Văn Dương: Thiết lập trạm quan trắc tự động liên tục 24/7 tại cửa xả số 1 và số 2 ra suối Văn Dương nhằm theo dõi trực tuyến các thông số pH, TSS, COD, kim loại nặng. Thực hiện nạo vét định kỳ bùn lắng đáy suối và triển khai các dải thực vật thủy sinh vùng đệm để hấp thu kim loại dư thừa, đảm bảo chất lượng nước tưới tiêu cho 1121 ha đất nông nghiệp trong giai đoạn 2013 - 2015. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân thị xã Sông Công và Chi cục Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và Ban quản lý các khu công nghiệp: Cung cấp phương pháp luận và dữ liệu thực tế để xây dựng tiêu chí đánh giá tác động môi trường, thiết lập quy chuẩn kiểm soát đấu nối xả thải và hoạch định chính sách thu phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng.

  2. Kỹ sư môi trường và các đơn vị tư vấn xử lý nước thải: Khai thác số liệu đặc thù về lưu lượng, thành phần hóa học và tải lượng ô nhiễm của các ngành may mặc, luyện kim, mạ kẽm, hóa chất để thiết kế modul xử lý hóa lý kết hợp sinh học tối ưu cho các trạm xử lý nước thải tập trung.

  3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình quan trắc thủy vực nước mặt, kỹ thuật lấy mẫu hiện trường theo TCVN và phương pháp đánh giá tải lượng ô nhiễm từ nguồn thải điểm.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư lưu vực sông suối: Cung cấp bằng chứng khoa học phục vụ công tác giám sát cộng đồng, đánh giá rủi ro đối với nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp và xây dựng kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp nhằm giảm thiểu nguy cơ tích lũy độc chất sinh học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nước thải Khu công nghiệp Sông Công gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất ở những chỉ tiêu nào? Dữ liệu phân tích thực nghiệm chỉ ra Cadimi và Mangan là hai thông số vượt quy chuẩn nghiêm trọng nhất. Cadimi vượt 30,73 lần vào mùa mưa và 29,58 lần vào mùa khô, trong khi Mangan vượt 29,22 lần. Ngoài ra, chỉ tiêu Coliform cũng vượt chuẩn 4,2 lần do nước thải sinh hoạt chưa qua khử trùng bị xả chung vào cống thoát nước công nghiệp.

  2. Vì sao nồng độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải vào mùa mưa lại cao hơn mùa khô? Nguyên nhân chủ yếu do nước mưa chảy tràn cuốn trôi các chất ô nhiễm từ bãi chứa nguyên liệu quặng, xỉ thải và chất thải nguy hại không có mái che của các nhà máy. Điển hình tại Công ty Titan Hoa Hằng, nước mưa chảy tràn có độ axit rất cao với pH 3,1 làm hòa tan lượng lớn kim loại, khiến nồng độ Sắt đạt 16755,2 mg/l và Mangan đạt 541,7 mg/l trước khi đổ vào cống chung.

  3. Cơ sở sản xuất nào đóng góp tải lượng ô nhiễm hữu cơ và Amoni lớn nhất? Công ty Cổ phần Đầu tư và Thương mại TNG là nguồn phát sinh ô nhiễm hữu cơ lớn nhất với lưu lượng 116 m3/ngày đêm từ công đoạn giặt may mặc. Nước thải cơ sở này có hàm lượng BOD đạt 142 mg/l (vượt quy chuẩn 2,84 lần) và hàm lượng Amoni đạt 41,4 mg/l (vượt quy chuẩn 4,14 lần).

  4. Nguồn nước suối Văn Dương giữ vai trò quan trọng như thế nào đối với kinh tế địa phương? Suối Văn Dương là nguồn cấp nước tưới tiêu thiết yếu cho khoảng 1121 ha diện tích đất sản xuất nông nghiệp tại xã Tân Quang và các khu vực thuộc huyện Phú Bình, huyện Phổ Yên với tổng nhu cầu nước đạt khoảng 15 triệu m3/năm. Ô nhiễm nước suối đe dọa trực tiếp năng suất cây trồng và an toàn thực phẩm.

  5. Luận văn đã áp dụng các tiêu chuẩn và quy chuẩn quốc gia nào để đánh giá? Đề tài áp dụng các tiêu chuẩn lấy mẫu và bảo quản gồm TCVN 5999:1995, TCVN 5996:1995 và TCVN 5993:1995. Kết quả phân tích chất lượng nước thải được đối chiếu trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) và chất lượng nước suối được đánh giá dựa trên QCVN 08:2008/BTNMT.

Kết luận

  • Khẳng định nước thải Khu công nghiệp Sông Công giai đoạn chưa vận hành trạm xử lý tập trung gây ô nhiễm nghiêm trọng suối Văn Dương với nồng độ Cd vượt tới 30,73 lần, Mn vượt 29,22 lần, TSS vượt 3,24 lần và Coliform vượt 4,2 lần.
  • Xác định nguyên nhân ô nhiễm kép đến từ nước thải sản xuất của các ngành luyện kim, may mặc kết hợp với nước mưa chảy tràn mang tính axit cực cao (pH 3,1) từ bãi chứa nguyên vật liệu lộ thiên.
  • Đo lường chính xác tải lượng ô nhiễm xả vào lưu vực suối Văn Dương hàng năm với khoảng 4,1 tấn BOD, 97,11 tấn TSS và 0,92 tấn Cadimi, trực tiếp đe dọa 1121 ha đất nông nghiệp hạ lưu.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc thúc đẩy việc bổ sung modul xử lý hóa lý cho trạm xử lý tập trung công suất 2000 m3/ngày đêm và thiết lập cơ chế kiểm soát xả thải nghiêm ngặt đối với 26 doanh nghiệp.
  • Cung cấp khung giải pháp toàn diện từ kỹ thuật công nghệ, thanh tra giám sát đến phục hồi sinh thái thủy vực giai đoạn 2012 - 2015.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã lượng hóa chi tiết hiện trạng phát thải và tác động môi trường của một khu công nghiệp điển hình thời kỳ đầu vận hành hạ tầng kỹ thuật. Để khai thác trọn vẹn bộ số liệu thực nghiệm và giải pháp chuyên sâu, các nhà quản lý và nhà nghiên cứu có thể tiếp tục tham khảo chi tiết toàn văn đề tài để ứng dụng vào công tác bảo vệ môi trường nước mặt.