I. Khám phá luận văn HUS đánh giá chất lượng nước sông Thương
Sông Thương, một trong những con sông huyết mạch của tỉnh Bắc Giang, đóng vai trò không thể thiếu trong phát triển kinh tế - xã hội và đời sống dân sinh. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển, con sông này đang đối mặt với áp lực ô nhiễm ngày càng gia tăng. Nhận thức được tầm quan trọng đó, một luận văn thạc sĩ từ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (HUS) đã thực hiện công trình nghiên cứu đánh giá chất lượng và xử lý nước sông Thương. Nghiên cứu này không chỉ là một tài liệu khoa học giá trị mà còn là cơ sở đề xuất các giải pháp thực tiễn, góp phần bảo vệ nguồn tài nguyên nước quý giá. Mục tiêu chính của luận văn là xác định mức độ ô nhiễm, phân tích các nguồn gây ô nhiễm chính và thử nghiệm các phương pháp xử lý hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế của lưu vực sông. Công trình này là một ví dụ điển hình cho việc ứng dụng kiến thức học thuật vào giải quyết các vấn đề môi trường cấp bách, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt.
1.1. Tầm quan trọng của lưu vực sông Thương đối với Bắc Giang
Sông Thương có vai trò chiến lược đối với sự phát triển của tỉnh Bắc Giang và một phần tỉnh Lạng Sơn. Đây là nguồn cung cấp nước chính cho hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là trồng lúa và hoa màu, chiếm phần lớn cơ cấu kinh tế của vùng. Ngoài ra, nguồn nước sông còn phục vụ cho các hoạt động công nghiệp tại các khu, cụm công nghiệp ven sông. Dọc theo lưu vực sông Thương, nhiều hoạt động nuôi trồng thủy sản cũng được phát triển, tạo ra sinh kế cho hàng ngàn hộ dân. Về mặt xã hội, sông Thương cung cấp nước sinh hoạt cho nhiều khu dân cư sau khi qua xử lý. Dòng sông còn mang giá trị văn hóa, lịch sử và cảnh quan, gắn liền với đời sống tinh thần của người dân địa phương. Do đó, việc suy thoái chất lượng nước sẽ gây ra những tác động tiêu cực đa chiều, ảnh hưởng trực tiếp đến an ninh lương thực, sức khỏe cộng đồng và sự phát triển bền vững của toàn khu vực.
1.2. Mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu khoa học từ HUS
Luận văn thạc sĩ của HUS đặt ra các mục tiêu rõ ràng và cụ thể. Mục tiêu hàng đầu là đánh giá chất lượng nước sông Thương một cách toàn diện thông qua việc quan trắc và phân tích các thông số hóa lý, vi sinh tại các vị trí trọng điểm. Các thông số này bao gồm BOD5, COD, TSS, Amoni, Nitrat, Phosphat và Coliform. Từ đó, nghiên cứu tiến hành xác định các nguồn thải chính gây ô nhiễm cho dòng sông, bao gồm nước thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Mục tiêu tiếp theo là nghiên cứu và đề xuất một số mô hình, giải pháp xử lý nước phù hợp, có tính khả thi cao. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn sông chảy qua tỉnh Bắc Giang, nơi chịu tác động mạnh mẽ nhất từ các hoạt động kinh tế. Các mẫu nước được lấy theo mùa (mùa khô và mùa mưa) để có cái nhìn tổng quan và chính xác nhất về sự biến động của các chất ô nhiễm.
II. Thách thức ô nhiễm trong việc xử lý nước sông Thương
Thực trạng ô nhiễm sông Thương đang ở mức báo động, đặt ra nhiều thách thức lớn cho công tác quản lý và bảo vệ môi trường. Các hoạt động kinh tế - xã hội thiếu kiểm soát đã và đang xả một lượng lớn chất thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt chuẩn ra sông. Việc đánh giá chất lượng và xử lý nước sông Thương trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết khi các chỉ số ô nhiễm liên tục vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Ô nhiễm không chỉ giới hạn ở các chất hữu cơ mà còn bao gồm cả kim loại nặng từ các làng nghề và khu công nghiệp. Sự phức tạp của các nguồn thải khiến việc lựa chọn công nghệ xử lý gặp nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, nhận thức của một bộ phận người dân và doanh nghiệp về bảo vệ môi trường còn hạn chế, dẫn đến tình trạng xả thải bừa bãi. Những thách thức này đòi hỏi phải có một cách tiếp cận tổng thể, kết hợp giữa giải pháp kỹ thuật, chính sách quản lý và tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng.
2.1. Phân tích các nguồn gây ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng
Luận văn đã chỉ ra ba nguồn gây ô nhiễm chính. Thứ nhất, nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị và dân cư ven sông không được thu gom và xử lý triệt để là nguồn chính cung cấp các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (gây tăng BOD5, COD) và vi sinh vật gây bệnh (như Coliform). Thứ hai, nước thải công nghiệp từ các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và đặc biệt là các làng nghề (sản xuất bún, rượu, tái chế kim loại) chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao và đa dạng, bao gồm cả các kim loại nặng như Chì (Pb), Kẽm (Zn), Crom (Cr). Các chất này có độc tính cao, khó phân hủy và có khả năng tích tụ sinh học. Thứ ba, hoạt động nông nghiệp với việc lạm dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật cũng góp phần đưa một lượng lớn Nitơ, Phốt pho và các hóa chất độc hại vào nguồn nước.
2.2. Tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái và sức khỏe người dân
Ô nhiễm nguồn nước sông Thương gây ra những hệ lụy nghiêm trọng. Đối với hệ sinh thái thủy sinh, nồng độ oxy hòa tan (DO) giảm mạnh do sự phân hủy chất hữu cơ, gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt. Sự gia tăng các chất dinh dưỡng (N, P) dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, làm bùng phát tảo độc, phá vỡ cân bằng sinh thái tự nhiên. Đa dạng sinh học suy giảm rõ rệt. Đối với sức khỏe con người, việc sử dụng nguồn nước ô nhiễm để sinh hoạt và tưới tiêu làm tăng nguy cơ mắc các bệnh về đường ruột, da liễu. Nguy hiểm hơn, sự tích tụ của kim loại nặng và các hóa chất độc hại trong chuỗi thức ăn (rau, cá) có thể gây ra các bệnh mãn tính và ung thư. Chi phí khám chữa bệnh tăng lên, chất lượng cuộc sống của người dân bị ảnh hưởng, tạo ra gánh nặng lớn cho xã hội.
III. Phương pháp đánh giá chất lượng nước sông Thương chi tiết
Để có được cơ sở dữ liệu tin cậy, công trình nghiên cứu đánh giá chất lượng và xử lý nước sông Thương đã áp dụng một hệ thống phương pháp luận khoa học và bài bản. Quá trình này bắt đầu từ việc khảo sát thực địa để lựa chọn các điểm quan trắc mang tính đại diện, bao gồm các điểm đầu nguồn, điểm tiếp nhận nước thải từ các khu đô thị, khu công nghiệp và điểm cuối nguồn. Việc thu thập và bảo quản mẫu được thực hiện nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn TCVN. Các chỉ tiêu chất lượng nước sau đó được phân tích tại phòng thí nghiệm hiện đại, sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn quốc tế. Kết quả phân tích không chỉ được so sánh với các quy chuẩn hiện hành mà còn được sử dụng để tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI), một công cụ hiệu quả để truyền thông về tình trạng môi trường cho cộng đồng và các nhà quản lý. Cách tiếp cận này đảm bảo tính chính xác, khách quan và toàn diện cho toàn bộ quá trình đánh giá.
3.1. Quy trình lấy mẫu và quan trắc các thông số hóa lý vi sinh
Nghiên cứu đã thiết lập một mạng lưới gồm 10 điểm quan trắc dọc sông Thương. Việc lấy mẫu được tiến hành định kỳ 2 lần trong năm, đại diện cho mùa khô và mùa mưa, nhằm đánh giá sự biến động chất lượng nước theo mùa. Tại mỗi điểm, mẫu nước được lấy ở ba độ sâu khác nhau (mặt, giữa, đáy) để đảm bảo tính đại diện. Các thông số như pH, nhiệt độ, DO được đo trực tiếp tại hiện trường. Các mẫu để phân tích thông số hóa lý (như TSS, BOD5, COD, Amoni, Nitrat) và phân tích vi sinh (Coliform) được bảo quản trong thùng lạnh và vận chuyển về phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ. Quy trình này tuân thủ chặt chẽ theo hướng dẫn của Bộ Tài nguyên và Môi trường, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu đầu vào.
3.2. Kết quả tính toán chỉ số chất lượng nước WQI theo đoạn sông
Dựa trên kết quả phân tích, luận văn đã áp dụng công thức tính chỉ số chất lượng nước (WQI) theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT. Kết quả cho thấy chất lượng nước sông Thương có sự suy giảm đáng kể từ thượng nguồn về hạ nguồn. Đoạn thượng nguồn có chỉ số WQI ở mức tốt, có thể sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Tuy nhiên, sau khi chảy qua các khu đô thị và khu công nghiệp lớn của tỉnh Bắc Giang, chỉ số WQI giảm xuống mức trung bình, thậm chí là mức kém ở một số điểm nóng ô nhiễm. "Kết quả tính toán WQI cho thấy đoạn sông chảy qua thành phố Bắc Giang chỉ đạt mức 45-55, tương đương mức chất lượng nước trung bình, cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm cần được kiểm soát ngay lập tức" (Trích Kết luận, Luận văn thạc sĩ HUS). Việc sử dụng WQI giúp lượng hóa mức độ ô nhiễm một cách trực quan, dễ hiểu.
IV. Bí quyết xử lý nước sông Thương từ nghiên cứu thực nghiệm
Từ kết quả đánh giá chất lượng nước, luận văn không dừng lại ở việc mô tả thực trạng mà còn đi sâu vào nghiên cứu các giải pháp can thiệp. Phần xử lý nước sông Thương là một trong những đóng góp quan trọng nhất của công trình. Thay vì đề xuất các công nghệ cao, đắt tiền, nghiên cứu tập trung vào các phương pháp có hiệu quả, chi phí hợp lý và dễ vận hành, phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các mô hình thí nghiệm được xây dựng trong phòng thí nghiệm để kiểm chứng hiệu quả xử lý đối với các nguồn nước thải đặc trưng của khu vực. Nghiên cứu đã thử nghiệm và tối ưu hóa các quá trình xử lý hóa lý kết hợp sinh học. Việc tìm ra liều lượng hóa chất tối ưu và các điều kiện vận hành phù hợp cho hệ thống xử lý sinh học là "bí quyết" giúp nâng cao hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành, mở ra hướng đi khả thi cho việc áp dụng vào thực tiễn.
4.1. Giải pháp keo tụ tạo bông với phèn nhôm và PAC tối ưu
Đối với nguồn nước có độ đục và hàm lượng TSS cao, phương pháp keo tụ - tạo bông được lựa chọn để nghiên cứu. Luận văn đã tiến hành các thí nghiệm Jartest để xác định liều lượng tối ưu của hai loại hóa chất phổ biến là phèn nhôm (Al2(SO4)3) và Poly Aluminium Chloride (PAC). Các yếu tố ảnh hưởng như pH, tốc độ khuấy, thời gian phản ứng cũng được khảo sát. Kết quả cho thấy, với một liều lượng PAC phù hợp, hiệu quả loại bỏ độ đục và TSS có thể đạt trên 90%. Hơn nữa, quá trình này còn giúp loại bỏ một phần đáng kể các kim loại nặng và chất hữu cơ. Đây là giải pháp tiền xử lý hiệu quả, giúp giảm tải cho các công đoạn xử lý sinh học phía sau, đặc biệt hiệu quả với nước thải làng nghề.
4.2. Thử nghiệm mô hình lọc sinh học để loại bỏ amoni và nitrit
Để xử lý các chất ô nhiễm hòa tan như chất hữu cơ, amoni và nitrit, nghiên cứu đã đề xuất và thử nghiệm mô hình lọc sinh học hiếu khí. Mô hình sử dụng các vật liệu lọc có diện tích bề mặt lớn (như sỏi, vòng nhựa) để vi sinh vật có lợi bám dính và phát triển, tạo thành một lớp màng sinh học. Khi nước thải chảy qua, các vi sinh vật này sẽ phân hủy chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa, chuyển hóa amoni thành nitrat ít độc hơn. Nghiên cứu đã xác định được tải trọng hữu cơ và thời gian lưu nước tối ưu để hệ thống hoạt động ổn định với hiệu suất xử lý BOD5 và amoni đạt trên 85%. Mô hình này có ưu điểm là chi phí vận hành thấp, thân thiện với môi trường và không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.
V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng xử lý nước sông Thương
Công trình nghiên cứu đánh giá chất lượng và xử lý nước sông Thương đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận, mang lại giá trị cả về mặt khoa học và thực tiễn. Các số liệu quan trắc đã vẽ nên một bức tranh tổng thể và chi tiết về hiện trạng ô nhiễm, là nguồn dữ liệu quan trọng cho các cơ quan quản lý nhà nước. Các mô hình xử lý được đề xuất không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm, cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm đặc trưng. Quan trọng hơn, luận văn đã chứng minh tính khả thi của việc áp dụng các giải pháp công nghệ phù hợp, chi phí thấp vào việc giải quyết bài toán ô nhiễm tại các địa phương. Những kết quả này mở ra tiềm năng lớn trong việc nhân rộng các mô hình xử lý cho các làng nghề, các cụm công nghiệp nhỏ hoặc các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, góp phần cải thiện chất lượng môi trường nước một cách bền vững.
5.1. Hiệu quả loại bỏ COD BOD5 và TSS trong phòng thí nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình xử lý kết hợp keo tụ - tạo bông và lọc sinh học mang lại hiệu quả vượt trội. Cụ thể, sau quá trình xử lý, hiệu quả loại bỏ TSS đạt tới 95%, BOD5 giảm 88%, và COD giảm 82%. Nồng độ các chất ô nhiễm đầu ra đều đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 14:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt) và QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp). "Hiệu suất xử lý ổn định của mô hình thí nghiệm khẳng định tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế, đặc biệt là với các nguồn nước thải có thành phần phức tạp" (Trích Bảng 4.5, Luận văn thạc sĩ HUS). Những con số này là minh chứng khoa học thuyết phục cho tính đúng đắn của phương pháp được lựa chọn.
5.2. Khả năng nhân rộng mô hình xử lý nước thải tại các làng nghề
Một trong những điểm sáng của nghiên cứu là định hướng ứng dụng thực tiễn. Mô hình xử lý được đề xuất có cấu tạo đơn giản, sử dụng vật liệu sẵn có và chi phí đầu tư, vận hành thấp. Điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp với điều kiện kinh tế của các làng nghề hoặc các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Luận văn đã phác thảo sơ bộ thiết kế kỹ thuật và ước tính chi phí cho một hệ thống xử lý quy mô nhỏ, chứng minh tính kinh tế và kỹ thuật của giải pháp. Khả năng nhân rộng này có thể giúp giải quyết dứt điểm tình trạng ô nhiễm tại các điểm nóng, giảm áp lực lên lưu vực sông Thương và bảo vệ môi trường một cách chủ động. Đây là cơ sở quan trọng để các cơ quan chức năng của tỉnh Bắc Giang xem xét và triển khai các dự án thí điểm trong tương lai.
