Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu mạng lưới sông ngòi dày đặc với 16 lưu vực sông chính và 2.372 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó 13 lưu vực sông lớn chiếm hơn 80% diện tích lãnh thổ tự nhiên. Đoạn sông Phó Đáy chảy qua tỉnh Vĩnh Phúc có chiều dài 41,5 km với lưu lượng dòng chảy bình quân đạt 23 m³/giây, đóng vai trò là nguồn cấp nước tưới tiêu và sinh hoạt trọng yếu cho các vùng phụ cận. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh cùng sức ép gia tăng dân số tại huyện Lập Thạch với mật độ dân số bình quân 758 người/km² trên tổng quy mô 130.683 người đã tạo ra tải lượng xả thải chất thải rắn và lỏng ngày càng lớn vào lưu vực sông.

Đề tài tập trung giải quyết vấn đề suy thoái chất lượng nước mặt sông Phó Đáy thông qua việc khảo sát, quan trắc và phân tích 8 thông số lý hóa - vi sinh tiêu chuẩn. Mục tiêu cụ thể của công trình gồm: đánh giá chính xác hiện trạng ô nhiễm nước mặt; phân tích diễn biến chất lượng nước theo chuỗi thời gian giai đoạn 2013 - 2017; làm rõ nguyên nhân từ các nguồn thải sinh hoạt, nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp; và đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ môi trường nước sông có tính khả thi cao.

Không gian nghiên cứu trải dài qua 11 xã ven sông thuộc địa bàn huyện Lập Thạch, từ điểm đầu tại xã Quang Sơn đến điểm hợp lưu với sông Lô tại xã Sơn Đông trong mốc thời gian quan trắc từ năm 2013 đến năm 2017. Về mặt ý nghĩa, nghiên cứu cung cấp bộ dữ liệu định lượng 5 năm liên tục, phục vụ công tác quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội gắn với bảo vệ môi trường, hướng tới kiểm soát 100% các điểm nóng ô nhiễm và duy trì chất lượng nước đạt chuẩn B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sức chịu tải môi trường nước và cơ chế tự làm sạch của các thủy vực tự nhiên. Theo Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, môi trường được định nghĩa: "Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật". Đề tài tích hợp khung phân tích cân bằng vật chất và mô hình tiếp nhận nước thải theo Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT nhằm xác định ngưỡng chịu tải của dòng chảy đối với các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng.

Các khái niệm then chốt được vận dụng xuyên suốt bao gồm: ô nhiễm nước mặt, suy thoái tài nguyên nước, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và chỉ thị vi sinh vật Coliform theo Luật Tài nguyên nước năm 2012 và Nghị định số 43/2015/NĐ-CP về hành lang bảo vệ nguồn nước. Toàn tỉnh Vĩnh Phúc có tổng khối lượng nước mặt đạt trên 151 tỷ m³, nhưng nguồn nước dùng cho các hoạt động phát triển hiện chỉ đáp ứng khoảng 18% so với tổng tài nguyên nước toàn tỉnh, đòi hỏi phải có khung pháp lý và lý thuyết quản trị nghiêm ngặt để ngăn chặn nguy cơ cạn kiệt và suy thoái cục bộ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp chọn mẫu không gian cố định theo mặt cắt dọc dòng chảy. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 05 trạm quan trắc đại diện: điểm NM1 tại thôn Quảng Cư (xã Quang Sơn - điểm đầu vào huyện), NM2 tại thôn Hữu Bằng (xã Bắc Bình), NM3 tại thôn Đại Lữ (xã Đồng Ích), NM4 tại thôn Hạnh Phúc (xã Triệu Đề) và NM5 tại bến phà Phú Hậu (xã Sơn Đông - điểm cuối lưu vực). Mạng lưới này phản ánh đầy đủ tác động tích lũy của dòng chảy từ thượng lưu, trung lưu đến hạ lưu.

Tần suất lấy mẫu được thực hiện định kỳ 04 đợt/năm trong các năm 2013, 2014, 2015, 2016 và 01 đợt chuyên sâu vào tháng 3/2017, thu thập tổng cộng 105 lượt mẫu nước mặt. Các mẫu được bảo quản và phân tích 8 chỉ tiêu chính trong phòng thí nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc gia: pH (TCVN 6492:2011), BOD5 (TCVN 6001-2:2008), TSS (TCVN 6625:2000), Amoni (TCVN 5988:1995), Nitrat (TCVN 6180:1996), Photphat (TCVN 6202:2008), Dầu mỡ khoáng (TCVN 7875:2008) và Tổng coliform (TCVN 6187-2:1996).

Lý do lựa chọn các phương pháp trắc phổ hấp thụ và phương pháp nhiều ống (MPN) là vì độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp và khả năng chuẩn hóa so sánh trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1. Số liệu sau đó được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel nhằm phân tích phương sai và quy luật biến thiên nồng độ theo mùa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích mẫu nước sông Phó Đáy giai đoạn 2013 - 2017 chỉ ra 3 đặc trưng ô nhiễm nổi bật:

Thứ nhất, ô nhiễm chất rắn lơ lửng (TSS) xuất hiện trên diện rộng tại 100% các điểm quan trắc. Trong năm 2013, toàn bộ 5/5 trạm đều có hàm lượng TSS vượt ngưỡng quy chuẩn cột B1 từ 1,04 đến 2,22 lần. Đỉnh điểm đo được tại trạm NM1 (xã Quang Sơn) đạt 111 mg/l, vượt 2,22 lần ngưỡng cho phép 50 mg/l. Sang năm 2014, nồng độ TSS tại trạm NM1 tiếp tục ghi nhận ở mức cao với 87 mg/l, vượt quy chuẩn 1,74 lần do tác động của xói mòn bề mặt lưu vực và hoạt động khai thác cát sỏi.

Thứ hai, ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng tập trung mạnh ở khu vực trung lưu. Năm 2013, có 3/5 mẫu vượt quy chuẩn BOD5, trong đó trạm NM2 (xã Bắc Bình) đạt giá trị cực đại 25,43 mg/l ở đợt 2, vượt chuẩn 1,69 lần. Nồng độ Amoni (NH4+) tại trạm NM2 vượt quy chuẩn trong cả 4 đợt quan trắc từ 1,97 đến 2,25 lần. Năm 2014, trạm NM4 (xã Triệu Đề) ghi nhận hàm lượng BOD5 đạt 16,74 mg/l (vượt 1,12 lần), kèm theo 3/5 trạm có hàm lượng NH4+ vượt chuẩn.

Thứ ba, mức độ ô nhiễm vi sinh và dầu mỡ khoáng có diễn biến phức tạp. Chỉ số Tổng coliform tại trạm NM3 (xã Đồng Ích) trong năm 2013 đạt 17.000 MPN/100ml, vượt quy chuẩn 2,27 lần so với giới hạn 7.500 MPN/100ml; trạm NM2 đạt 11.000 MPN/100ml (vượt 1,47 lần). Dầu mỡ khoáng xuất hiện tại tất cả các điểm, ghi nhận vượt ngưỡng 2,0 đến 2,2 lần tại các trạm NM1, NM4 và NM5 với nồng độ từ 0,20 đến 0,22 mg/l. Ngược lại, hàm lượng Nitrat (NO3-) và Photphat (PO43-) nhìn chung vẫn nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh bắt nguồn từ tải lượng xả thải chưa qua xử lý của các hoạt động dân sinh và chăn nuôi. Huyện Lập Thạch có tổng đàn lợn lên tới 95,5 nghìn con, đàn gia cầm đạt 1.096,3 nghìn con và đàn bò 19,02 nghìn con. Ước tính toàn tỉnh Vĩnh Phúc phát sinh khoảng 1,2 triệu tấn chất thải chăn nuôi mỗi năm, phần lớn nước thải từ các hộ gia đình ven sông xả trực tiếp qua cống rãnh tự nhiên vào sông Phó Đáy. Hoạt động giao thông thủy và bến phà Phú Hậu giải thích cho sự tích tụ của dầu mỡ khoáng ở hạ lưu.

Để trực quan hóa các kết quả này, dữ liệu nghiên cứu có thể được biểu diễn thông qua biểu đồ đường thể hiện xu hướng biến thiên nồng độ BOD5 và TSS qua các năm từ 2013 đến 2017, kết hợp với bảng phân vùng chất lượng nước dựa trên chỉ số ô nhiễm tích hợp tại 5 trạm quan trắc. Biểu đồ cột kép so sánh mùa mưa và mùa khô sẽ làm nổi bật rõ tác động pha loãng của lưu lượng dòng chảy tự nhiên (vốn chỉ chiếm 10% tổng lưu lượng vào mùa khô).

So sánh với các lưu vực sông khác tại miền Bắc như sông Cầu hay sông Nhuệ - Đáy, nơi nồng độ Amoni từng ghi nhận vượt từ 8 đến 21 lần quy chuẩn, sông Phó Đáy đoạn qua Lập Thạch có mức độ ô nhiễm nhẹ hơn và mang tính cục bộ. Tuy nhiên, nếu không có biện pháp can thiệp sớm, tốc độ tích tụ chất hữu cơ sẽ nhanh chóng làm suy giảm hệ sinh thái thủy sinh và gây rủi ro lớn cho nguồn nước tưới của hơn 73.000 ha lúa, hoa màu toàn tỉnh.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đánh giá thực trạng, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp quản trị môi trường nước sông Phó Đáy:

Thứ nhất, nâng cấp và xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung tại các cụm dân cư thuộc 11 xã ven sông. Mục tiêu đạt tỷ lệ tối thiểu 80% hộ gia đình có bể tự hoại đạt chuẩn kỹ thuật vào năm 2022; giao UBND huyện Lập Thạch chủ trì phối hợp cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường bố trí kinh phí đầu tư công trình thu gom rãnh thoát nước thải làng xã.

Thứ hai, kiểm soát chất thải chăn nuôi bằng công nghệ hầm Biogas và chế phẩm sinh học. Triển khai lắp đặt hầm biogas composite cho 100% trang trại quy mô trên 50 con lợn và ứng dụng chế phẩm vi sinh EM, Biomiax LTH nhằm giảm 70% tải lượng hữu cơ BOD5, COD xả ra sông; lộ trình hoàn thành trong giai đoạn 2018 - 2023 do Trạm Khuyến nông huyện hướng dẫn kỹ thuật cho các hộ dân.

Thứ ba, thiết lập hành lang bảo vệ nguồn nước và chấn chỉnh hoạt động khai thác cát sỏi theo Nghị định số 43/2015/NĐ-CP. Tiến hành cắm mốc ranh giới bảo vệ bờ sông trên toàn tuyến 41,5 km, xử phạt nghiêm 100% cơ sở khai thác khoáng sản trái phép để kéo giảm 50% hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt chuẩn; giao Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc phối hợp Công an môi trường thực hiện định kỳ hàng quý.

Thứ tư, tổ chức mạng lưới quan trắc môi trường dựa vào cộng đồng. Duy trì tần suất quan trắc tối thiểu 4 đợt/năm tại 5 trạm cố định, đồng thời thành lập các tổ tự quản bảo vệ dòng sông tại các xã ven bờ; giao Hội Nông dân và Đoàn Thanh niên huyện Lập Thạch vận hành từ năm 2018 bằng nguồn kinh phí sự nghiệp môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính sau:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc và Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lập Thạch có thể ứng dụng chuỗi số liệu 5 năm để lập báo cáo hiện trạng môi trường, phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và xây dựng quy hoạch phân vùng xả thải ven sông Phó Đáy.

  2. Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Môi trường: Cung cấp nguồn tài liệu học thuật thực chứng về phương pháp thiết lập mạng lưới quan trắc lưu vực sông, quy trình phân tích 8 thông số lý hóa - vi sinh và phương pháp so sánh đối chiếu quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

  3. Doanh nghiệp, hợp tác xã và chủ trang trại chăn nuôi: Tham khảo các tiêu chuẩn kỹ thuật xả thải và giải pháp ứng dụng chế phẩm sinh học xử lý nước thải nhằm thiết kế hệ thống xử lý cục bộ đạt quy chuẩn môi trường trước khi xả ra lưu vực sông.

  4. Các tổ chức xã hội và cộng đồng dân cư địa phương: Khai thác thông tin về thực trạng nguồn nước phục vụ công tác tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng, bảo vệ nguồn nước mặt phục vụ sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thông số nào phản ánh mức độ ô nhiễm nghiêm trọng nhất trên sông Phó Đáy đoạn qua Lập Thạch? Chất rắn lơ lửng (TSS) và Tổng coliform là hai thông số ô nhiễm rõ nét nhất. Năm 2013, 100% số mẫu phân tích đều vượt chuẩn TSS, đạt mức kỷ lục 111 mg/l tại trạm xã Quang Sơn (vượt 2,22 lần). Đồng thời, chỉ số vi sinh Coliform tại trạm xã Đồng Ích vượt quy chuẩn tới 2,27 lần với giá trị 17.000 MPN/100ml.

  2. Vì sao nồng độ BOD5 và Amoni lại tăng đột biến tại trạm quan trắc xã Bắc Bình? Trạm Bắc Bình (NM2) nằm ở khu vực tập trung đông dân cư và chịu tải lượng xả thải trực tiếp từ hoạt động chăn nuôi quy mô lớn của huyện với tổng đàn lợn hơn 95,5 nghìn con. Do phần lớn nước thải chưa qua xử lý triệt để, nồng độ BOD5 tại đây đã chạm mức 25,43 mg/l và Amoni vượt chuẩn liên tục 4 đợt trong năm 2013.

  3. Nghiên cứu sử dụng quy chuẩn kỹ thuật nào để đánh giá diễn biến chất lượng nước? Tác giả đã áp dụng QCVN 08:2008/BTNMT cột B1 cho giai đoạn quan trắc 2013 - 2014 và chuyển tiếp áp dụng QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 cho giai đoạn 2015 - 2017. Đây là các quy chuẩn quốc gia áp dụng đối với nguồn nước mặt dùng cho mục đích giao thông thủy, tưới tiêu nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản.

  4. Mạng lưới 05 trạm quan trắc có đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ dòng sông qua huyện? Mạng lưới 05 trạm được thiết kế dọc theo chiều dài dòng chảy 41,5 km, phân bổ từ điểm đầu xã Quang Sơn, qua các vùng trung lưu tập trung sản xuất như Bắc Bình, Đồng Ích, Triệu Đề, đến điểm hạ lưu xã Sơn Đông. Bố trí này phản ánh chính xác sự thay đổi chất lượng nước theo đặc thù địa hình và nguồn tiếp nhận xả thải.

  5. Giải pháp xử lý ô nhiễm nào mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật tối ưu cho địa phương? Ứng dụng công nghệ sinh học xử lý tại nguồn bằng hầm Biogas kết hợp chế phẩm EM và Biomiax LTH cho các hộ chăn nuôi là giải pháp tối ưu. Phương pháp này xử lý triệt để chất hữu cơ, loại bỏ mầm bệnh vi sinh mà không gây xáo trộn hệ sinh thái thủy vực, phù hợp với điều kiện kinh tế nông thôn Lập Thạch.

Kết luận

  • Luận văn đã hoàn thành việc đánh giá toàn diện diễn biến chất lượng nước sông Phó Đáy đoạn qua huyện Lập Thạch giai đoạn 2013 - 2017 qua 05 trạm quan trắc và 8 chỉ tiêu lý hóa - vi sinh.
  • Kết quả khẳng định nước sông đã có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ chất hữu cơ, vi sinh và chất rắn lơ lửng, với 100% mẫu vượt chuẩn TSS và nồng độ BOD5 đạt mức cao nhất 25,43 mg/l.
  • Xác định nguyên nhân trọng tâm là do tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt của 130.683 người dân và chất thải chăn nuôi từ đàn gia súc, gia cầm quy mô lớn chưa qua xử lý.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ kết hợp kỹ thuật xử lý sinh học tại nguồn, phân vùng cắm mốc hành lang bảo vệ nguồn nước và tăng cường giám sát cộng đồng.
  • Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn giúp chính quyền địa phương hoàn thiện chính sách quy hoạch môi trường và quản trị bền vững lưu vực sông.

Lộ trình triển khai các giải pháp xử lý nguồn thải và cắm mốc hành lang bảo vệ nguồn nước cần được tiến hành đồng bộ ngay trong giai đoạn 2018 - 2023. Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể khai thác trực tiếp dữ liệu từ luận văn để phục vụ công tác quy hoạch và ứng dụng thực tiễn.