Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Thanh Hóa là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Thanh Hóa, giữ vai trò trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa và khoa học kỹ thuật của vùng Bắc Trung Bộ với diện tích tự nhiên 146,77 km2 và quy mô dân số trên 335.298 người. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế duy trì ở mức 14% đến 15% mỗi năm, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa mạnh mẽ đã gia tăng áp lực nặng nề lên hệ thống thủy vực. Hiện nay, tổng nhu cầu khai thác nước ngọt phục vụ các ngành kinh tế - xã hội của thành phố ước tính khoảng 1 tỷ m3/năm, chiếm 3,2% tổng lượng nước sử dụng của cả nước. Nguồn tài nguyên nước mặt tại lưu vực sông Mã, sông Nhà Lê, sông Cốc và hệ thống ao hồ nội đô đang đối diện với tình trạng ô nhiễm hữu cơ và cạn kiệt cục bộ vào mùa khô.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là đánh giá thực trạng chất lượng nước mặt, xác định nguồn gốc và tải lượng các chất thải phát sinh từ sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và y tế; đồng thời phân tích mức độ ảnh hưởng của ô nhiễm nước đối với đời sống cộng đồng. Mục tiêu cụ thể là khảo sát, phân tích chuỗi số liệu hóa lý và vi sinh tại 20 điểm đo thực địa, kết hợp điều tra phỏng vấn 70 hộ dân tại các phường đại diện nhằm đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ môi trường nước đồng bộ. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc cung cấp luận cứ khoa học tin cậy phục vụ công tác quy hoạch đô thị, hỗ trợ nâng cấp công suất nhà máy cấp nước sạch từ 30.000 m3/ngày đêm lên 70.000 m3/ngày đêm và đáp ứng nhu cầu sử dụng nước an toàn cho dự báo 373.000 dân cư vào năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết cân bằng vật chất và lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường thủy vực, kết hợp lý thuyết sinh thái học về khả năng tự làm sạch của nguồn nước mặt lục địa. Đề tài tích hợp mô hình phát triển bền vững nhằm cân đối hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế, công bằng xã hội và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên theo quy định của Luật Bảo vệ Môi trường 2014 và Luật Tài nguyên nước 2012.

Khung lý thuyết vận dụng 5 khái niệm chuyên ngành cốt lõi:

  • Ô nhiễm môi trường nước mặt do sự biến đổi các đặc tính lý học, hóa học, sinh học vượt ngưỡng an toàn.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) phản ánh lượng oxy vi sinh vật cần để phân hủy chất hữu cơ, với tải lượng sinh hoạt điển hình từ 45 đến 55 g/người/ngày đêm.
  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) đo lường tổng lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ hợp chất hữu cơ, đạt mức phát thải từ 72 đến 102 g/người/ngày đêm.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đặc trưng cho độ đục và cặn lắng, phát sinh từ 70 đến 145 g/người/ngày đêm.
  • Hiện tượng phú dưỡng hóa thủy vực do tích tụ dư thừa muối khoáng Nitơ và Phospho làm suy giảm oxy hòa tan nghiêm trọng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn kết hợp giữa dữ liệu thứ cấp giai đoạn 2013-2017 do Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường tỉnh Thanh Hóa, Sở Tài nguyên và Môi trường thu thập và số liệu sơ cấp từ khảo sát thực địa trong năm 2016-2017.

Cỡ mẫu nghiên cứu thực nghiệm bao gồm 20 mẫu nước, chia thành 15 mẫu nước mặt tại các sông, hồ trọng điểm và 5 mẫu nước thải tại các kênh thoát nước khu công nghiệp, bệnh viện và khu dân cư tập trung. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nghiêm ngặt quy trình kỹ thuật quốc gia:

  • Lấy mẫu nước sông theo tiêu chuẩn TCVN 6663-3:2008 ở độ sâu từ 20 đến 50 cm so với mặt nước và vị trí ngã ba sông được lấy cách 500 m về phía hạ lưu.
  • Lấy mẫu nước hồ theo tiêu chuẩn TCVN 5994:1995 ở vị trí cách bờ từ 30 đến 50 m.
  • Cỡ mẫu điều tra xã hội học gồm 70 phiếu phỏng vấn ngẫu nhiên các hộ dân tại phường Trường Thi và phường Lam Sơn.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo Thông tư 29/2011/TT-BTNMT và đối chuẩn với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2) cùng QCVN 14-MT:2015/BTNMT là nhằm đảm bảo tính pháp lý, độ chuẩn hóa cao và phản ánh chính xác khả năng tiếp nhận nước thải của các thủy vực đô thị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nước mặt tại các tuyến sông đào nội thành (sông Nhà Lê, kênh Vinh, sông Cốc) chịu tải lượng ô nhiễm hữu cơ và chất lơ lửng rất lớn; nồng độ TSS, BOD5 và COD tại các vị trí như cầu Cốc, cầu Cao vượt từ 1,2 đến 2,5 lần so với giới hạn cho phép tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2).

Thứ hai, hệ thống hồ điều hòa nội đô như hồ Phú Sơn và hồ Thành xuất hiện dấu hiệu phú dưỡng hóa rõ nét; mật độ vi sinh Coliform và E.coli tại nhiều điểm lấy mẫu đạt mức cao từ 10^5 đến 10^6 MPN/100ml, trong khi hàm lượng oxy hòa tan (DO) giảm sút nghiêm trọng vào mùa khô khi lượng mưa chỉ chiếm 15% đến 18% tổng lượng mưa cả năm (dao động từ 1.730 đến 1.980 mm).

Thứ ba, cơ cấu sử dụng 1 tỷ m3 nước ngọt/năm của thành phố phân bổ với 84,8% cho nông nghiệp (khoảng 848 triệu m3/năm), 5,3% cho thủy sản, 3,8% cho công nghiệp và 0,8% cho sinh hoạt đô thị. Mặc dù chiếm tỷ lệ tiêu thụ nhỏ, nguồn nước thải sinh hoạt đô thị và công nghiệp tại KCN Lễ Môn, KCN Tây Bắc Ga lại đóng góp tới 75% tổng tải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ chưa qua xử lý xả thẳng ra hệ thống tiếp nhận.

Thứ tư, khảo sát xã hội học trên 70 hộ dân chỉ ra rằng hơn 80% người dân đánh giá chất lượng nước mặt bị suy thoái đáng kể so với 5 năm trước, trong đó 65% ý kiến nhận định nguyên nhân hàng đầu do nước thải dân sinh chưa xử lý và 25% do hoạt động sản xuất tiểu thủ công nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến suy giảm chất lượng nước mặt là sự phát triển nhanh của dân số cơ học (tăng thêm 55.000 người giai đoạn 2015-2020) trong khi hạ tầng thoát nước chưa được đầu tư đồng bộ. Hiện tại, thành phố chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung mà chủ yếu xả chung vào cống thoát nước mưa rồi dẫn thẳng ra sông Mã. So với các lưu vực sông Cầu hay sông Nhuệ - Đáy, chất lượng nước sông Mã đoạn qua thành phố Thanh Hóa có hàm lượng kim loại nặng thấp hơn, song nguy cơ ô nhiễm vi sinh và hữu cơ cục bộ tại các kênh nhánh đang gia tăng với tốc độ nhanh.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ đường biểu diễn sự biến thiên nồng độ DO, BOD5, COD theo 12 tháng giữa mùa mưa và mùa khô; kết hợp cùng bảng ma trận tổng hợp đối sánh 20 điểm đo với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nhằm phân vùng rõ rệt các điểm nóng ô nhiễm tại cửa xả KCN Lễ Môn và kênh Nhà Lê.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thành nâng cấp và đưa vào vận hành Nhà máy nước sạch thành phố lên công suất 70.000 m3/ngày đêm cùng trạm cấp nước phía Tây công suất 20.000 m3/ngày đêm trước tháng 12 năm 2018 do UBND thành phố Thanh Hóa và Công ty Cổ phần Cấp nước Thanh Hóa trực tiếp triển khai.

Thứ hai, triển khai xây dựng hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, tách riêng mạng lưới thoát nước mưa và nước thải tại 20 phường nội thành, hướng đến mục tiêu xử lý đạt chuẩn từ 60% tổng lượng nước thải sinh hoạt đô thị trở lên vào năm 2020 do Sở Xây dựng chủ trì thực hiện.

Thứ ba, thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục 24/7 và thanh tra định kỳ 100% doanh nghiệp có lưu lượng xả thải từ 50 m3/ngày đêm trở lên tại KCN Lễ Môn và KCN Tây Bắc Ga, giảm 40% tải lượng COD và kim loại nặng xả vào sông Mã giai đoạn 2018-2022 dưới sự giám sát của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa.

Thứ tư, áp dụng công cụ kinh tế thông qua truy thu đầy đủ phí bảo vệ môi trường đối với 100% cơ sở xả thải công nghiệp, kết hợp tổ chức 12 chiến dịch truyền thông cộng đồng hàng năm nhằm giảm 30% khối lượng rác thải sinh hoạt vứt trực tiếp xuống lòng kênh mương do Hội Phụ nữ và UBND các phường Lam Sơn, Trường Thi phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa, UBND thành phố Thanh Hóa): Ứng dụng chuỗi dữ liệu 20 điểm quan trắc thực địa và phân bổ cơ cấu tiêu thụ 1 tỷ m3 nước/năm để hoàn thiện quy hoạch phân vùng xả thải, cấp phép môi trường và xây dựng quy chế bảo vệ lưu vực sông Mã.

Ban quản lý các khu công nghiệp và doanh nghiệp sản xuất: Sử dụng các thông số tải lượng ô nhiễm BOD5 (45 đến 55 g/người/ngày) và lưu lượng xả thải thực tế để thiết kế, vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả thải ra môi trường.

Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường: Tham khảo quy trình quan trắc chuẩn hóa theo TCVN 6663-3:2008, TCVN 5994:1995 cùng phương pháp xử lý dữ liệu môi trường đa nguồn phục vụ công tác giảng dạy và thực hiện các đề tài nghiên cứu sức tải thủy vực.

Cộng đồng dân cư và các tổ chức đoàn thể địa phương: Tiếp cận bức tranh hiện trạng môi trường nước tại 20 phường nội thị, sử dụng kết quả phỏng vấn 70 hộ dân để nâng cao ý thức cộng đồng và thực hiện quyền giám sát xã hội đối với các nguồn phát thải gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

Sông Mã đóng vai trò như thế nào trong việc cấp thoát nước tại thành phố Thanh Hóa? Sông Mã là nguồn cung cấp nước thô duy nhất cho nhà máy cấp nước sạch thành phố với công suất 30.000 m3/ngày đêm và mở rộng lên 70.000 m3/ngày đêm. Đồng thời, sông Mã giữ chức năng là trục tiêu thoát lũ và tiếp nhận lưu lượng nước thải sau xử lý từ các hoạt động dân sinh, sản xuất công nghiệp trên toàn địa bàn.

Các chỉ tiêu môi trường nào vượt ngưỡng cho phép tại các điểm khảo sát? Kết quả phân tích 20 mẫu nước cho thấy các thông số TSS, BOD5, COD và mật độ Coliform tại cầu Cốc, kênh Nhà Lê và hồ Phú Sơn đã vượt từ 1,2 đến 2,5 lần ngưỡng quy định tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2). Thực trạng này chứng minh nguồn nước mặt đang bị ô nhiễm chất hữu cơ và vi sinh vật cục bộ.

Hoạt động nông nghiệp tác động ra sao đến chất lượng nước mặt địa phương? Ngành nông nghiệp tiêu thụ tới 84,8% tổng lượng nước ngọt (khoảng 848 triệu m3/năm). Việc người dân lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật gấp 3 lần liều khuyến cáo và dư thừa 60% đến 70% lượng phân bón hóa học đã khiến hóa chất nông nghiệp bị rửa trôi vào kênh rạch, gây hiện tượng phì dưỡng và đe dọa thủy sinh vật.

Nghiên cứu đã áp dụng phương pháp thu thập dữ liệu hiện trường như thế nào? Tác giả đã thu thập số liệu quan trắc định kỳ giai đoạn 2013-2017, lấy 20 mẫu nước mặt và nước thải theo đúng tiêu chuẩn TCVN 5994:1995 và TCVN 6663-3:2008 ở độ sâu 20 đến 50 cm, đồng thời tiến hành điều tra xã hội học bằng 70 phiếu khảo sát ngẫu nhiên tại hai phường Trường Thi và Lam Sơn.

Giải pháp công nghệ trọng tâm nào cần được ưu tiên triển khai ngay? Giải pháp cấp thiết là hoàn thành dự án trạm cấp nước sạch phía Tây công suất 20.000 m3/ngày đêm trong năm 2018, song song với việc đầu tư trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung nhằm nâng tỷ lệ nước thải đô thị được thu gom và xử lý đạt trên 60% vào năm 2020.

Kết luận

  • Luận văn đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt thành phố Thanh Hóa thông qua 20 điểm lấy mẫu thực nghiệm và 70 phiếu khảo sát cộng đồng.
  • Phát hiện tình trạng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh cục bộ tại sông Nhà Lê, sông Cốc và các hồ nội thành với nồng độ BOD5, COD, Coliform vượt ngưỡng quy chuẩn từ 1,2 đến 2,5 lần.
  • Làm rõ cơ cấu khai thác 1 tỷ m3 nước ngọt/năm và xác định nguồn thải từ 335.298 dân cư cùng 2 khu công nghiệp là tác nhân chính gây suy giảm chất lượng nước mặt.
  • Hoàn thiện hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, kinh tế, chính sách và truyền thông với lộ trình cụ thể cho giai đoạn 2018-2022.
  • Cung cấp cơ sở khoa học vững chắc phục vụ mục tiêu mở rộng công suất cấp nước sạch lên 70.000 m3/ngày đêm và xử lý trên 60% nước thải đô thị đến năm 2020.

Đóng góp cốt lõi của luận văn là thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn hóa và đề xuất mô hình quản lý lưu vực tích hợp cho đô thị loại I ven sông Mã. Trong giai đoạn 2018-2022, các cơ quan chức năng cần khẩn trương đầu tư đồng bộ mạng lưới thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt. Các nhà hoạch định chính sách, nhà khoa học và doanh nghiệp hãy tích cực ứng dụng các đề xuất từ công trình nghiên cứu này vào thực tiễn để bảo vệ bền vững nguồn tài nguyên nước cho thành phố Thanh Hóa.