Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có 5.093 làng nghề và làng có nghề, trong đó 1.748 làng nghề truyền thống thu hút hơn 13 triệu lao động, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế nông thôn. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ đi kèm công nghệ lạc hậu đã gây suy thoái môi trường nghiêm trọng. Tại làng nghề sản xuất đậu phụ thôn Xuân Lôi, xã Đình Dù, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên – nơi được công nhận làng nghề truyền thống từ năm 2000 – hoạt động chế biến của 120 hộ gia đình (chiếm 40% tổng số hộ trong thôn) tiêu thụ bình quân 5 tấn đậu nành mỗi ngày nhưng phát sinh lượng nước thải và chất thải rắn hữu cơ rất lớn.

Khảo sát hiện trạng cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ trong nước thải tại Xuân Lôi vượt chuẩn nhiều lần, điển hình nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) vượt từ 21 đến 42 lần và nhu cầu oxy hóa học (COD) vượt từ 9,71 đến 23 lần so với quy chuẩn xả thải. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là tình trạng tiêu hao nguyên nhiên liệu cao, thất thoát dòng thải và thiếu hệ thống kiểm soát môi trường tại các hộ gia đình. Luận văn đặt mục tiêu phân tích toàn diện các công đoạn công nghệ, lượng hóa dòng vật chất - năng lượng và xây dựng hệ thống 11 giải pháp sản xuất sạch hơn khả thi.

Nghiên cứu được triển khai tại thôn Xuân Lôi trong giai đoạn từ tháng 5/2015 đến tháng 9/2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, giảm thiểu phát thải ô nhiễm tại nguồn từ 15% đến 30%, đồng thời gia tăng biên lợi nhuận kinh tế cho các cơ sở sản xuất đậu phụ quy mô vừa và nhỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên khung lý thuyết Sản xuất Sạch hơn (Cleaner Production - SXSH) do Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP, 1994) khởi xướng. Khái niệm này định nghĩa SXSH là việc áp dụng liên tục chiến lược phòng ngừa tổng hợp về môi trường vào quá trình sản xuất, sản phẩm và dịch vụ nhằm nâng cao hiệu suất sinh thái và giảm thiểu rủi ro cho con người. Khung quy trình đánh giá SXSH chuẩn gồm 6 bước và 18 nhiệm vụ kỹ thuật: từ phân tích công đoạn, cân bằng vật chất, phát triển cơ hội, đánh giá tính khả thi kinh tế - kỹ thuật - môi trường đến thực hiện và duy trì cải tiến liên tục.

Mô hình nghiên cứu phân loại giải pháp SXSH thành các nhóm trụ cột: Quản lý nội vi (Good Housekeeping), Kiểm soát quá trình vận hành (Better Process Control), Cải tiến thiết bị công nghệ (Equipment Modification) và Tuần hoàn tái sử dụng nội vi (In-plant Reuse and Recycling). Việc đánh giá chất lượng các dòng thải và mức độ phát tán ô nhiễm được đối chiếu trực tiếp với hệ thống tiêu chuẩn quốc gia: QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp, QCVN 08:2008/BTNMT về chất lượng nước mặt, QCVN 09:2008/BTNMT về chất lượng nước ngầm và QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng không khí xung quanh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích để khảo sát 10 hộ sản xuất đại diện cho 3 nhóm quy mô tại thôn Xuân Lôi: 3 hộ quy mô nhỏ (chế biến 10 kg đậu nành/ngày, chiếm 27,5% cơ cấu làng nghề), 5 hộ quy mô trung bình (chế biến 20 kg đậu nành/ngày, chiếm 52,5%) và 2 hộ quy mô lớn (chế biến 30 kg đậu nành/ngày, chiếm 20%). Việc phân tầng này đảm bảo tính đại diện thống kê và phản ánh chính xác sự khác biệt về mức độ cơ giới hóa, định mức tiêu hao nguyên liệu giữa các nhóm quy mô.

Dữ liệu quan trắc môi trường được thu thập thông qua lấy mẫu tại 6 điểm không khí xung quanh, 2 điểm nước thải sản xuất ở đầu và cuối làng, 2 điểm nước mặt ao hồ, 2 điểm nước ngầm sinh hoạt và 2 điểm đất. Phương pháp cân bằng vật chất (Material Balance) theo nguyên lý bảo toàn khối lượng được áp dụng cho từng chu kỳ sản xuất nhằm xác định chính xác các điểm rò rỉ và tổn thất nguyên liệu. Phương pháp phân tích chi phí - lợi ích (CBA) thông qua chỉ số thời gian hoàn vốn giản đơn (Payback Period) được sử dụng để thẩm định tính khả thi tài chính. Toàn bộ chuỗi khảo sát, lấy mẫu và xử lý dữ liệu được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian từ tháng 5/2015 đến tháng 9/2016 bằng phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định mức tiêu hao tài nguyên cho thấy để sản xuất 1 tấn sản phẩm đậu phụ, lượng nước tiêu thụ trung bình là 1,52 m3. Trong đó, công đoạn ngâm đỗ chiếm 0,58 m3 (tương đương 38,2%), công đoạn lắng đậu tách nước chiếm 0,63 m3 (chiếm 41,4%) và công đoạn ép đóng khuôn chiếm 0,31 m3 (chiếm 20,4%). Quá trình gia nhiệt tiêu tốn trung bình 80 kg than cho 1 tấn nguyên liệu đỗ tương, đồng thời thải ra 0,016 tấn xỉ than (chiếm 20% khối lượng than sử dụng) và 1,25 tấn bã đậu có độ ẩm cao lên tới 88,68%.

Kết quả phân tích nước thải tại làng nghề ghi nhận nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại vượt ngưỡng cho phép nhiều lần theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) dao động từ 378 đến 545 mg/L (vượt từ 3,78 đến 5,45 lần), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) đạt từ 700 đến 2.100 mg/L (vượt từ 21 đến 42 lần), nhu cầu oxy hóa học (COD) đạt từ 1.408 đến 3.450 mg/L (vượt từ 9,71 đến 23 lần), amoni đạt 156,5 mg/L (vượt 15,65 lần) và Coliform vượt từ 24 đến 86 lần. Đáng chú ý, nồng độ thủy ngân (Hg) trong nước thải đạt từ 0,0198 đến 0,0358 mg/L, vượt giới hạn từ 1,98 đến 3,58 lần do phát thải từ việc đốt than tổ ong và than đá kém chất lượng.

Ô nhiễm từ nước thải sản xuất chưa qua xử lý xả thẳng ra mương rãnh đã tác động tiêu cực đến môi trường tiếp nhận. Nước mặt các ao làng có BOD5 vượt từ 2,8 đến 3,1 lần, nitrit (NO2-) vượt từ 15,5 đến 21,75 lần so với QCVN 08:2008/BTNMT. Nước ngầm tại các giếng khoan của hộ dân bắt đầu có dấu hiệu suy thoái khi COD đạt 16 đến 18 mg/L (vượt 4 lần ngưỡng cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT) và hàm lượng thủy ngân vượt từ 6,5 đến 8,8 lần. Về mặt xã hội, lực lượng lao động thường xuyên là 2 người mỗi hộ, trong đó 80% là lao động nữ, 60% có trình độ học vấn trung học phổ thông và thời gian làm việc bình quân 5 giờ mỗi ngày trong điều kiện phân tán tại gia đình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm và tiêu hao năng lượng cao tại Xuân Lôi bắt nguồn từ thói quen sản xuất thủ công, thiết bị gia nhiệt hở không bảo ôn và việc sử dụng nước xả tràn không kiểm soát. Toàn thôn có hơn 100 hộ làm nghề kết hợp chăn nuôi gia súc nhưng chỉ có khoảng 40 hộ xây dựng hầm biogas, dẫn đến tình trạng nước thải chăn nuôi hòa lẫn nước thải sản xuất hữu cơ gây phân hủy yếm khí sinh mùi khó chịu.

Dữ liệu cân bằng vật chất có thể được mô hình hóa qua biểu đồ dòng nguyên liệu (Sankey Diagram) và bảng tổng hợp cân bằng năng lượng để làm rõ tổn thất protein thực vật trong khâu vắt bã thủ công (khoảng 10% đến 15% dưỡng chất bị giữ lại trong bã). Bảng quan trắc môi trường đối chiếu giữa cống giữa làng và mương cuối làng phản ánh rõ xu hướng tích tụ chất ô nhiễm, với tải lượng COD ở cuối nguồn cao hơn đầu nguồn khoảng 1,5 lần. So sánh với các nghiên cứu tại làng nghề bún Hùng Lô (Phú Thọ) hay làng nghề bún thôn Đoài (Bắc Ninh) với BOD5 từng ghi nhận tới 2.003 mg/L, mức độ ô nhiễm tại Xuân Lôi có tính chất tương đồng về mặt hữu cơ nhưng có nguy cơ tích lũy kim loại nặng cao hơn do khâu đốt than thủ công kéo dài. Việc thực thi 11 giải pháp SXSH đã sàng lọc sẽ giải quyết triệt để bài toán này với chi phí đầu tư thấp và thời gian hoàn vốn nhanh.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế tại làng nghề sản xuất đậu phụ thôn Xuân Lôi, hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất triển khai cụ thể:

Thứ nhất, thực hiện ngay các giải pháp quản lý nội vi không tốn chi phí hoặc chi phí thấp. Các hộ gia đình cần lắp đặt vòi phun nước áp lực cao, sửa chữa triệt để hệ thống van ống rò rỉ, tắt vòi nước ngay sau khi sử dụng và duy trì tỷ lệ nước ngâm đậu tối ưu 1:2,5. Mục tiêu giảm từ 15% đến 25% lượng nước cấp sinh hoạt và sản xuất; thời gian hoàn thành trong vòng 1 đến 3 tháng do chính các chủ hộ sản xuất chủ trì thực hiện.

Thứ hai, tối ưu hóa tuần hoàn dòng thải và tận thu phụ phẩm. Các hộ sản xuất cần thu gom 100% lượng bã đậu (định mức 1,25 tấn bã/tấn sản phẩm) cung cấp ngay cho các trang trại chăn nuôi gia súc lân cận hoặc bán làm nguyên liệu chế biến thức ăn công nghiệp, tránh để ôi thiu phát sinh mùi. Nước ngâm rửa đậu đợt cuối được tuần hoàn để làm sạch sàn xưởng và dụng cụ ban đầu, giúp giảm 30% lượng chất thải hữu cơ xả ra mương rãnh trong thời gian 3 đến 6 tháng.

Thứ ba, cải tiến thiết bị công nghệ và chuyển đổi năng lượng. Khuyến khích các cơ sở trang bị máy ly tâm tách bã hiệu suất cao nhằm tăng tỷ lệ thu hồi đạm từ 5% đến 8%, đồng thời chuyển đổi từ bếp than thủ công sang nồi áp suất điện hoặc nồi hơi bảo ôn nhiệt. Giải pháp này giúp cắt giảm 100% lượng xỉ than (0,016 tấn/tấn sản phẩm) và khí thải độc hại, với thời gian thu hồi vốn đầu tư từ 6 đến 12 tháng.

Thứ tư, nâng cao năng lực quản lý và quy hoạch hạ tầng môi trường. Ủy ban nhân dân xã Đình Dù phối hợp cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Văn Lâm tổ chức từ 2 đến 3 lớp tập huấn kỹ thuật SXSH hàng năm; đồng thời triển khai mô hình thí điểm tại 3 nhóm hộ theo quy mô 10 kg, 20 kg và 30 kg nguyên liệu/ngày trong giai đoạn 2016 - 2018 làm cơ sở nhân rộng toàn xã.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tế cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Nhóm 1 là cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường cấp huyện, tỉnh và Ủy ban nhân dân các xã làng nghề. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng và bộ công cụ đánh giá kiểm toán môi trường để xây dựng chính sách quản lý, cấp phép xả thải và quy hoạch các cụm công nghiệp làng nghề nông thôn đối với hơn 1.700 làng nghề truyền thống trên toàn quốc.

Nhóm 2 là các hộ gia đình, chủ cơ sở sản xuất và hợp tác xã chế biến đậu phụ, nông sản thực phẩm. Luận văn cung cấp hướng dẫn thực hành 11 giải pháp kỹ thuật chi phí thấp giúp cắt giảm từ 15% đến 30% chi phí nguyên nhiên liệu, tối ưu hóa dòng thải 5 tấn đỗ tương mỗi ngày và cải thiện trực tiếp điều kiện vệ sinh lao động.

Nhóm 3 là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Thực phẩm. Công trình là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận cân bằng vật chất, đánh giá vòng đời sản phẩm và phân tích chi phí - lợi ích trong kiểm toán môi trường làng nghề.

Nhóm 4 là các tổ chức phi chính phủ, hiệp hội ngành nghề và quỹ đầu tư phát triển xanh. Luận văn đóng vai trò tài liệu nền tảng phục vụ thiết kế các dự án chuyển giao công nghệ sạch, tài trợ vốn vay vi mô và phát triển kinh tế tuần hoàn tại khu vực nông thôn Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Sản xuất sạch hơn khác biệt như thế nào so với phương pháp xử lý ô nhiễm cuối đường ống truyền thống? Sản xuất sạch hơn là phương pháp tiếp cận chủ động, phòng ngừa ô nhiễm ngay từ nguồn thông qua bảo toàn nguyên liệu, tối ưu hóa quá trình và tái sử dụng dòng thải. Ngược lại, xử lý cuối đường ống là biện pháp thụ động, đòi hỏi chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải rất đắt đỏ mà không giúp tiết kiệm chi phí nguyên liệu đầu vào.

Thời gian hoàn vốn của các giải pháp sản xuất sạch hơn đề xuất cho làng nghề Xuân Lôi là bao lâu? Đa số các giải pháp quản lý nội vi như kiểm soát van nước, tuần hoàn nước rửa không tốn chi phí đầu tư và mang lại lợi nhuận ngay lập tức. Đối với các giải pháp cải tiến thiết bị như máy ly tâm tách bã hay nồi áp suất điện, thời gian hoàn vốn kinh tế tính toán đều đạt mức cao, dưới 1 năm đến tối đa 3 năm.

Nước thải từ quá trình sản xuất đậu phụ có thể tái sử dụng hoàn toàn được không? Nước thải sản xuất không thể tuần hoàn 100% cho khâu chế biến thực phẩm nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Tuy nhiên, nước chua từ khâu ép định hình có thể tuần hoàn làm chất kết tủa cho mẻ sau, và nước rửa nguyên liệu đợt cuối có thể tái dùng để vệ sinh sơ bộ sàn xưởng, giúp tiết kiệm 15% đến 25% lượng nước.

Tại sao chỉ số BOD5 và COD trong nước thải làng nghề đậu phụ lại vượt tiêu chuẩn hàng chục lần? Nước thải sản xuất đậu phụ chứa hàm lượng protein, lipid và carbohydrate hòa tan rất cao thoát ra từ quá trình ngâm, xay và ép hạt đậu nành. Các chất hữu cơ này bị phân hủy nhanh trong môi trường tự nhiên, khiến BOD5 đạt từ 700 đến 2.100 mg/L (vượt 21 đến 42 lần) và COD đạt tới 3.450 mg/L (vượt 23 lần quy chuẩn).

Các hộ sản xuất quy mô nhỏ 10 kg đậu nành mỗi ngày có thể áp dụng thành công các giải pháp này không? Hoàn toàn có thể áp dụng hiệu quả. Nhóm hộ quy mô nhỏ có thể tập trung vào kiểm soát tỷ lệ nước ngâm 1:2,5, thu gom triệt để bã đậu làm thức ăn chăn nuôi tại chỗ và dùng vòi xịt tiết kiệm nước. Những giải pháp này không đòi hỏi vốn đầu tư nhưng giúp giảm ngay chi phí điện nước hàng tháng.

Kết luận

Nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp cải thiện môi trường tại làng nghề sản xuất đậu phụ thôn Xuân Lôi thông qua 5 kết luận then chốt:

  • Lượng hóa chi tiết định mức tiêu thụ tài nguyên với 1,52 m3 nước/tấn sản phẩm, 80 kg than/tấn nguyên liệu và xác định nguyên nhân ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng trong nước thải với BOD5 vượt tới 42 lần và COD vượt tới 23 lần tiêu chuẩn.
  • Xây dựng thành công hệ thống cân bằng vật chất cho toàn bộ quy trình sản xuất đậu phụ, chỉ rõ các điểm tổn thất nguyên liệu tại khâu ngâm, lọc bã và gia nhiệt thủ công.
  • Sàng lọc 14 cơ hội và lựa chọn 11 giải pháp sản xuất sạch hơn khả thi cao về kỹ thuật, kinh tế và môi trường, tập trung vào quản lý nội vi, tuần hoàn nước và cải tiến thiết bị.
  • Chứng minh tính khả thi kinh tế vượt trội của các giải pháp với thời gian thu hồi vốn ngắn dưới 12 tháng, giúp hộ sản xuất vừa tăng thu nhập vừa giảm thiểu phát thải.
  • Cung cấp cơ sở khoa học xác đáng cho cơ quan quản lý trong việc nhân rộng mô hình kiểm toán môi trường tại các làng nghề chế biến thực phẩm trên địa bàn tỉnh Hưng Yên.

Kế hoạch tiếp theo cần tập trung triển khai thí điểm mô hình tại 3 nhóm hộ đại diện trong vòng 12 đến 24 tháng tới, kết hợp mở các lớp tập huấn kỹ thuật định kỳ. Các cấp chính quyền địa phương và cộng đồng hộ làm nghề cần nhanh chóng phối hợp hành động để đưa các giải pháp sản xuất sạch hơn vào thực tiễn, hướng tới mục tiêu phát triển làng nghề truyền thống bền vững và thân thiện với môi trường.