Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Liên Hợp Quốc về các mục tiêu phát triển thiên niên kỷ, khoảng 780 triệu người trên toàn cầu (tương đương 11% dân số) chưa được tiếp cận nguồn nước sạch hợp vệ sinh. Tại Việt Nam, hơn 60% tổng trữ lượng 840 tỷ m3 nước mặt phụ thuộc vào các nguồn nước quốc tế chảy vào lãnh thổ, đặt ra thách thức nghiêm trọng về an ninh tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu và công nghiệp hóa nhanh chóng. Sông Đuống giữ vai trò huyết mạch đối với vùng đồng bằng Bắc Bộ, là nguồn cung cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu nông nghiệp, tuyến giao thông thủy và tiêu thoát lũ trọng yếu cho tỉnh Bắc Ninh và thủ đô Hà Nội.

Tại huyện Thuận Thành, tổng trữ lượng nước mặt đạt khoảng 32.735,25 triệu m3/năm, trong đó lượng nước ngoại lai từ sông Đuống chiếm tới 99,8%. Toàn bộ diện tích sản xuất nông nghiệp 13.266 ha của địa phương phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn tưới từ hệ thống sông Đuống và các kênh nhánh. Tuy nhiên, sự bùng nổ kinh tế với tỷ trọng công nghiệp và xây dựng đạt 52,2%, cùng mật độ dân số cao tới 1.281 người/km2 (năm 2016) đang tạo áp lực xả thải khổng lồ lên dòng sông. Trong bối cảnh nguồn nước ngầm tại địa phương có dấu hiệu suy giảm và nhiễm kim loại, nhu cầu chuyển dịch sang khai thác nước mặt sông Đuống phục vụ sinh hoạt cho hơn 161.846 người dân trở nên cấp thiết.

Nghiên cứu được triển khai trên đoạn sông Đuống dài 13,4 km chảy qua huyện Thuận Thành (từ Km23+000 đến Km36+400) trong giai đoạn từ tháng 6/2016 đến tháng 10/2017. Mục tiêu trọng tâm là đánh giá thực trạng chất lượng nước mặt qua các mùa, định lượng các nguồn phát thải ô nhiễm từ sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp quản lý bền vững, bảo đảm an toàn nguồn tài nguyên nước mặt cho toàn vùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết cân bằng vật chất trong lưu vực thủy văn và mô hình đánh giá khả năng tự làm sạch của thủy vực tự nhiên. Quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ và động học oxy hòa tan được dùng để phân tích mối tương quan giữa oxy hòa tan và tải lượng hữu cơ. Đồng thời, đề tài tích hợp mô hình đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 1995) thiết lập, cho phép ước tính lượng phát thải ô nhiễm dựa trên hệ số phát thải theo đầu người và đơn vị sản phẩm nông - công nghiệp.

Hệ thống khái niệm nền tảng bao gồm:

  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): phản ánh mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ và khó phân hủy sinh học trong nước.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): chỉ số đặc trưng cho độ đục, lượng phù sa và các hạt chất rắn không tan trôi nổi trong dòng nước.
  • Các hợp chất dinh dưỡng nitơ (Amoni, Nitrit): chỉ thị tình trạng ô nhiễm do phân bón và chất thải hữu cơ từ sinh hoạt.
  • Hiện tượng phú dưỡng nguồn nước: xảy ra khi hàm lượng nitơ vượt quá 500 µg/l và phốt pho vượt quá 20 µg/l, dẫn đến bùng phát tảo và suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu thiết lập mạng lưới quan trắc gồm 6 điểm lấy mẫu nước mặt (ký hiệu từ NM1 đến NM6) trải dọc 13,4 km sông Đuống, phân bổ từ khu vực xã Tri Phương (Km22+500) đến Cảng Him Lam (Km36+400). Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng theo không gian tại các vị trí tiếp nhận nước thải trọng điểm: khu dân cư, bãi tập kết vật liệu xây dựng, trang trại chăn nuôi và điểm hợp lưu. Mẫu nước đơn được thu thập ở tầng mặt ở độ sâu 0,5m đến 1,0m theo đúng quy chuẩn TCVN 6663-6:2008 và bảo quản theo TCVN 6663-3:2008. Song song với quan trắc, đề tài thực hiện điều tra xã hội học trên cỡ mẫu 90 hộ dân sinh sống ven sông tại 4 xã, thị trấn trọng điểm (Đình Tổ, Song Hồ, Hoài Thượng, Thị trấn Hồ) để khảo sát hiện trạng sử dụng nước và xả thải.

Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn: 14 chỉ tiêu hóa lý và vi sinh được phân tích, bao gồm: pH, nhiệt độ, DO, BOD5, COD, TSS, Nitrit, Amoni, Clorua, Tổng dầu mỡ, Coliform và các kim loại nặng (Fe, Pb, Cr, Cu). Các chỉ tiêu nhanh được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo chuyên dụng; các chỉ tiêu phức tạp được phân tích bằng phương pháp bicromat (COD), phương pháp ủ 5 ngày ở 20 độ C (BOD5), quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (kim loại nặng) và kỹ thuật lên men nhiều ống (Coliform) theo tiêu chuẩn chuẩn hóa quốc tế SMEWW. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm đảm bảo tính đồng bộ, độ chính xác cao và khả năng đối soát trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2 và B1).

Dữ liệu thứ cấp được tổng hợp từ số liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 1960 - 2015 và Niên giám thống kê huyện Thuận Thành năm 2015 - 2016. Dữ liệu sơ cấp được quan trắc thực địa qua 5 đợt vào tháng 3, 5, 8, 11 năm 2016 và tháng 5 năm 2017, bao quát trọn vẹn đặc trưng phân mùa: mùa khô (chiếm 17% lượng mưa năm) và mùa mưa (chiếm 83% lượng mưa năm, lượng mưa trung bình đạt 1.452 mm/năm).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, chất lượng nước sông Đuống đoạn qua huyện Thuận Thành nhìn chung vẫn nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 và B1, tuy nhiên đã xuất hiện hiện tượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cục bộ tại các điểm tiếp nhận nguồn thải. Chỉ số BOD5 và COD tại điểm NM2 (xã Đình Tổ) và NM4 (khu vực Cầu Hồ) trong các đợt quan trắc mùa khô tiệm cận mức giới hạn cột A2, cao hơn khoảng 15% đến 25% so với điểm đầu vào NM1 (xã Tri Phương).

Thứ hai, nồng độ các hợp chất nitơ (N-NH4+, N-NO2-) và vi sinh vật Coliform có sự gia tăng đột biến tại các khu vực ven khu dân cư tập trung. Tại điểm NM4 (Thị trấn Hồ) và NM5 (xã Hoài Thượng), hàm lượng Amoni và Nitrit vào mùa khô cao hơn từ 30% đến 45% so với điểm đối chứng thượng lưu NM1, phản ánh sự xâm nhập liên tục của nước thải sinh hoạt và nước rỉ rác từ các bãi tập kết ven đê.

Thứ ba, sự phân hóa chất lượng nước theo mùa diễn ra rất rõ rệt. Nồng độ các chất ô nhiễm trong mùa khô (tháng 3 và tháng 11) cao hơn mùa mưa (tháng 5 và tháng 8) từ 20% đến 35%. Nguyên nhân là do vào mùa mưa, lưu lượng dòng chảy từ thượng nguồn dồn về lớn làm tăng hệ số pha loãng, trong khi mùa khô dòng chảy suy kiệt khiến nồng độ các chất tích tụ cao.

Thứ tư, hàm lượng tổng dầu mỡ và các kim loại nặng độc hại như Pb, Cr, Cu tại tất cả 6 điểm quan trắc đều đạt ngưỡng an toàn theo quy chuẩn cột A2. Riêng hàm lượng sắt (Fe) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tăng cao vào các tháng mùa lũ (tháng 8) do quá trình xói mòn và cuốn trôi lượng lớn phù sa từ lưu vực thượng nguồn sông Hồng đổ về.

Thảo luận kết quả

Khi xem xét dữ liệu qua biểu đồ đường biến thiên theo thời gian và bảng tổng hợp so sánh các đợt quan trắc, mối quan hệ nghịch đảo giữa hàm lượng oxy hòa tan (DO dao động từ 5,2 đến 6,8 mg/l) và nồng độ chất hữu cơ (BOD5, COD) được thể hiện rất rõ. Tại các vị trí tiếp nhận nước thải như bến đò, bãi than cát sỏi và khu dân cư ven sông, nồng độ DO giảm cục bộ khoảng 10% đến 15%, đi kèm với sự tăng vọt của chỉ số Coliform.

Nguyên nhân chính xuất phát từ nguồn thải sinh hoạt của 161.846 người dân trong huyện, phát sinh hàng chục nghìn m3 nước thải mỗi ngày nhưng chưa có trạm xử lý tập trung; có tới hơn 80% lượng nước thải sinh hoạt chảy trực tiếp qua cống rãnh ra sông ngòi. Thêm vào đó, hoạt động nông nghiệp với 13.266 ha đất canh tác tiêu thụ lượng lớn phân bón hóa học cùng chất thải từ đàn gia súc, gia cầm (với lượng chất thải rắn phát sinh hàng trăm tấn mỗi năm) theo nước mặt tràn vào sông sau các đợt mưa lớn.

So sánh với các dòng sông lân cận tại tỉnh Bắc Ninh như sông Ngũ Huyện Khê (nơi nồng độ COD lên tới 542 mg/l, vượt 18 lần quy chuẩn) hay sông Cầu, sông Đuống vẫn duy trì được độ sạch tương đối tốt nhờ mặt cắt lòng sông rộng và lưu tốc dòng chảy mạnh. Mặc dù vậy, với xu hướng gia tăng dân số dự báo đến năm 2020 và tốc độ đô thị hóa nhanh, sông Đuống đang đối mặt với nguy cơ suy thoái nếu không có các biện pháp kiểm soát nguồn thải triệt để.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, quy hoạch và xây dựng hệ thống thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt tập trung tại Đô thị Hồ và các cụm dân cư mật độ cao dọc tuyến sông Đuống (xã Đình Tổ, Song Hồ, Hoài Thượng). Mục tiêu đạt tỷ lệ xử lý tối thiểu 70% tổng lượng nước thải sinh hoạt đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT trước khi xả ra môi trường, thực hiện trong lộ trình 2021 - 2025 do UBND huyện Thuận Thành chủ trì phối hợp với Sở Xây dựng tỉnh Bắc Ninh.

Thứ hai, chấn chỉnh và xử lý nghiêm các hoạt động bến bãi tập kết vật liệu xây dựng cát sỏi, than và bãi rác tự phát ven đê sông Đuống đoạn từ Km23+000 đến Km36+400. Mục tiêu giải tỏa và xóa bỏ 100% các điểm trung chuyển kho bãi hoạt động trái phép gây ô nhiễm dầu mỡ và sạt lở bờ sông, hoàn thành trước năm 2023 dưới sự giám sát của Thanh tra Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Công an môi trường tỉnh Bắc Ninh.

Thứ ba, chuyển đổi phương thức canh tác nông nghiệp sang mô hình nông nghiệp sinh thái tuần hoàn, kiểm soát nghiêm ngặt việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học tại vùng bãi bồi ven sông. Đồng thời bắt buộc 100% các cơ sở chăn nuôi gia súc quy mô trang trại phải lắp đặt hầm khí sinh học Biogas hoặc công trình xử lý chất thải đạt chuẩn nhằm giảm 40% tải lượng hữu cơ phát tán vào nguồn nước trong giai đoạn 2021 - 2024; giao Phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn huyện điều phối.

Thứ tư, thiết lập trạm quan trắc tự động liên tục chất lượng nước mặt tại 3 vị trí then chốt (điểm đầu vào Tri Phương, khu vực Cầu Hồ và điểm Cảng Him Lam) nhằm truyền dữ liệu 24/7 về trung tâm giám sát môi trường. Mục tiêu phát hiện sớm các sự cố tràn xả thải công nghiệp bất thường để kịp thời bảo vệ an toàn nguồn cấp nước thô cho các nhà máy nước sinh hoạt, hoàn thành lắp đặt và đưa vào vận hành trong giai đoạn 2022 - 2024 do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh làm chủ đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và quy hoạch đô thị (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Phòng TN&MT huyện Thuận Thành, UBND các xã ven sông). Luận văn cung cấp bộ dữ liệu hiện trạng quan trắc thực địa và bản đồ nguồn thải chi tiết dọc 13,4 km sông Đuống, phục vụ trực tiếp công tác cấp phép khai thác tài nguyên nước, phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trường và xây dựng quy hoạch phân vùng cấp nước sinh hoạt cho hơn 160.000 dân.

Nhóm 2: Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước và Thủy văn học. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận kết hợp quan trắc hóa lý 14 thông số với mô hình đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm của WHO trong bối cảnh lưu vực sông chịu tác động hỗn hợp của nông nghiệp và đô thị hóa.

Nhóm 3: Doanh nghiệp cấp nước sinh hoạt và các nhà máy sản xuất công nghiệp, cụm công nghiệp ven lưu vực sông Đuống. Doanh nghiệp có thể sử dụng các số liệu về biến thiên nồng độ chất ô nhiễm theo mùa để tối ưu hóa công nghệ xử lý nước cấp thô và thiết kế hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả vào nguồn tiếp nhận.

Nhóm 4: Các tổ chức xã hội, hiệp hội nông dân và cộng đồng dân cư địa phương. Luận văn cung cấp bằng chứng khoa học rõ ràng về tác hại của việc xả rác và nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý, tạo cơ sở để thúc đẩy các chương trình truyền thông cộng đồng, nâng cao ý thức bảo vệ hành lang an toàn nguồn nước sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng nước sông Đuống đoạn qua huyện Thuận Thành hiện đang ở mức độ nào? Kết quả quan trắc cho thấy nước sông Đuống nhìn chung còn tương đối tốt, hầu hết các chỉ tiêu nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT loại A2 và B1. Tuy nhiên, đã xuất hiện tình trạng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cục bộ tại các vị trí tiếp nhận nước thải sinh hoạt và bãi vật liệu ven sông Đình Tổ, Thị trấn Hồ.

Nguồn thải nào gây ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng nước sông Đuống tại địa bàn? Nguồn thải sinh hoạt từ các khu dân cư nông thôn và đô thị dọc sông là tác nhân lớn nhất, chiếm hơn 70% tổng tải lượng hữu cơ phát sinh do chưa có hệ thống xử lý tập trung. Ngoài ra, nước rửa trôi từ 13.266 ha đất canh tác nông nghiệp chứa tồn dư phân bón hóa học và chất thải chăn nuôi cũng đóng góp lượng đáng kể Amoni và Nitrit.

Vì sao chất lượng nước sông Đuống trong mùa khô lại suy giảm nhiều hơn so với mùa mưa? Vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4), lượng mưa chỉ chiếm 17% tổng lượng mưa năm khiến lưu lượng và mực nước sông giảm mạnh. Lưu tốc dòng chảy chậm làm giảm khả năng pha loãng tự nhiên và giảm tốc độ tự làm sạch của sông, khiến nồng độ BOD5, COD và Amoni tích tụ cao hơn từ 20% đến 35% so với mùa mưa.

Nước sông Đuống đoạn qua Thuận Thành có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt được không? Nước sông Đuống hoàn toàn đủ điều kiện làm nguồn cấp nước sinh hoạt nhưng bắt buộc phải qua dây chuyền công nghệ xử lý nước sạch phù hợp (theo quy định nước loại A2). Các trạm xử lý cần đặc biệt chú trọng các công đoạn keo tụ khử chất rắn lơ lửng, lọc cát khử kim loại và khử trùng triệt để vi sinh vật Coliform trước khi cấp cho người dân.

Phương pháp đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm của WHO được áp dụng trong luận văn như thế nào? Phương pháp WHO (1995) được ứng dụng để định lượng tải lượng các chất ô nhiễm chính như BOD, COD, TSS từ dân số 161.846 người và các ngành chăn nuôi, sản xuất công nghiệp. Bằng cách nhân số lượng đối tượng với hệ số phát thải chuẩn, nghiên cứu đã tính toán chính xác tổng lượng chất ô nhiễm phát sinh hàng ngày mà không cần đo đạc tất cả các cống xả phân tán.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về chất lượng nước sông Đuống dài 13,4 km qua huyện Thuận Thành qua 5 đợt quan trắc với 14 chỉ tiêu hóa lý và vi sinh chuẩn hóa.
  • Kết quả khẳng định chất lượng nước sông Đuống về tổng thể đạt chuẩn loại A2 - B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT nhưng đang chịu sức ép ô nhiễm cục bộ bởi nước thải sinh hoạt và nông nghiệp vào mùa khô.
  • Nghiên cứu đã định lượng hóa thành công các nguồn phát thải ô nhiễm trên địa bàn dựa trên dữ liệu khảo sát 90 hộ dân và mô hình đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm của WHO.
  • Đề tài đề xuất 4 nhóm giải pháp đồng bộ kết hợp giữa hạ tầng xử lý nước thải tập trung, quản lý bến bãi đê điều, nông nghiệp sinh thái và mạng lưới quan trắc tự động liên tục.
  • Trong lộ trình 2021 - 2025 và tầm nhìn 2030, việc chuyển đổi khai thác nước mặt sông Đuống thay thế nguồn nước ngầm đang suy thoái là chiến lược sống còn đối với sự phát triển bền vững của huyện Thuận Thành.

Các cấp chính quyền địa phương, doanh nghiệp và cộng đồng dân cư cần nhanh chóng triển khai đồng bộ các giải pháp quản lý lưu vực, kiểm soát chặt chẽ các điểm xả thải để bảo vệ an toàn nguồn nước sông Đuống cho hôm nay và thế hệ tương lai.