Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu mạng lưới thủy văn phong phú với 108 lưu vực sông và khoảng 3.450 con sông, suối có chiều dài từ 10 km trở lên. Tổng lượng nước mặt trung bình hằng năm đạt khoảng 830 đến 840 tỷ m3, tuy nhiên hơn 60% lượng nước này lại phụ thuộc vào nguồn ngoại biên. Áp lực từ tốc độ tăng trưởng kinh tế, gia tăng dân số và đô thị hóa đang đẩy nhiều hệ thống sông ngòi vào tình trạng suy thoái nghiêm trọng. Nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Đông Bắc, sông Thương là nguồn tài nguyên nước mặt giữ vai trò then chốt cho sự phát triển của tỉnh Bắc Giang, với tổng chiều dài 157 km, diện tích lưu vực 3.600 km2, trong đó đoạn chảy qua địa bàn Bắc Giang dài 89 km.

Nguồn nước sông Thương đóng vai trò huyết mạch khi trực tiếp cung ứng hơn 25.000 m3 nước sạch mỗi ngày cho đời sống dân sinh của thành phố Bắc Giang cùng các vùng phụ cận, đồng thời cấp nước tưới tiêu cho hàng chục nghìn hecta nông nghiệp và các cụm công nghiệp lớn. Tuy nhiên, trước áp lực tăng trưởng GDP bình quân của tỉnh đạt 18,7% trong giai đoạn 2010 - 2014 và quy mô dân số trên 1,6 triệu người, lưu vực sông đang phải tiếp nhận lượng lớn chất thải chưa qua xử lý triệt để.

Mục tiêu cụ thể của công trình là đánh giá toàn diện hiện trạng tài nguyên nước sông Thương cả về lưu lượng thủy văn lẫn chất lượng môi trường nước, khảo sát 45 đối tượng nguồn thải trực tiếp, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp chính sách và công nghệ đồng bộ nhằm bảo vệ bền vững an ninh nguồn nước giai đoạn 2016 - 2025.

Phạm vi không gian nghiên cứu trải dài dọc 89 km dòng chính sông Thương qua địa phận tỉnh Bắc Giang, được thực hiện trong khung thời gian từ tháng 6/2016 đến tháng 6/2017. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp bộ cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước cho các cơ quan chuyên trách tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nguyên lý quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo lưu vực và lý thuyết tự làm sạch của nguồn nước mặt tự nhiên. Đề tài vận dụng phương pháp chỉ số chất lượng nước WQI do Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phát triển và được Tổng cục Môi trường Việt Nam thể chế hóa tại Quyết định số 879/QĐ-TCMT. Chỉ số WQI tích hợp nhiều thông số lý hóa và vi sinh phức tạp thành một thang điểm duy nhất từ 0 đến 100, phản ánh trực quan mức độ sạch và khả năng sử dụng của nguồn nước.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm QCVN 08:2008/BTNMT đối với nước mặt, QCVN 14:2008/BTNMT cho nước thải sinh hoạt và QCVN 40:2011/BTNMT cho nước thải công nghiệp. Các khái niệm cốt lõi được định lượng chặt chẽ gồm nhu cầu oxy sinh hóa BOD5, nhu cầu oxy hóa học COD, oxy hòa tan DO, chất rắn lơ lửng TSS, mật độ vi khuẩn Coliform và nguy cơ phú dưỡng hóa khi hàm lượng nitrat NO3- vượt 5 mg/l hoặc phosphat PO43- vượt 0,01 mg/l.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được kết hợp giữa điều tra thực địa ngoại nghiệp và dữ liệu quan trắc thủy văn lịch sử. Đề tài thiết lập mạng lưới quan trắc gồm 26 điểm lấy mẫu, trong đó có 13 mẫu nước mặt trên dòng chính và 13 mẫu nước tác động trực tiếp tại các cửa xả công nghiệp, trạm bơm tiêu thoát và điểm nhập lưu của sông nhánh. Quy trình lấy mẫu nước mặt tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn TCVN 5996-1995 bằng phương pháp lấy mẫu tổ hợp 3 điểm ngang mặt cắt ở độ sâu 50 cm, trong khi mẫu nước thải được thu thập theo phương pháp mẫu đơn ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn TCVN 5999-1995.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm dựa trên độ chuẩn xác cao của hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia: phương pháp Winkler xác định DO theo TCVN 5499:1995, phương pháp oxy hóa bicromat xác định COD theo SMEWW 5220D, ủ hiếu khí 5 ngày xác định BOD5 theo TCVN 6001-1:2008, đo quang phổ xác định nitrat, phosphat và phương pháp màng lọc đếm Coliform theo TCVN 6187-2:1996.

Nhằm khắc phục tình trạng trạm thủy văn Cầu Sơn ngừng đo lưu lượng từ năm 1974, tác giả đã ứng dụng mô hình tương quan đường cong lưu lượng mực nước Q = f(H) dựa trên chuỗi số liệu thực đo giai đoạn 1962 - 1973 để kéo dài chuỗi số liệu lưu lượng dòng chảy cho giai đoạn 2004 - 2016. Đồng thời, nghiên cứu kế thừa và tích hợp dữ liệu quan trắc từ 47 điểm đo của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang thực hiện vào tháng 10/2016 để đánh giá biến động theo thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, qua quá trình điều tra 45 đối tượng nguồn thải dọc tuyến sông, nghiên cứu xác định có 3 nhóm nguồn nước tác động trực tiếp gồm 6 cơ sở sản xuất công nghiệp, 5 trạm bơm tiêu thoát nước đô thị và 5 sông suối nhập lưu. Về tỷ trọng đóng góp lưu lượng lớn nhất vào sông Thương, các sông suối nhập lưu chiếm ưu thế tuyệt đối với 80%, các trạm bơm tiêu thoát nước chiếm 12% và các cơ sở sản xuất công nghiệp đóng góp 8% tổng lượng tiếp nhận.

Thứ hai, lượng nước thải từ 6 cơ sở công nghiệp xả trực tiếp vào sông đạt khoảng 199.040 m3/ngày. Trong đó, riêng Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc xả thải lên đến 184.800 m3/ngày, chiếm tới 92,8% tổng lượng nước thải công nghiệp trực tiếp toàn tuyến. Lượng nước thải này chứa hàm lượng chất hữu cơ và hợp chất nitơ đáng kể, gây áp lực cục bộ cực lớn lên đoạn sông chảy qua cụm công nghiệp Thọ Xương.

Thứ ba, chất lượng nước mặt có sự phân hóa không gian sâu sắc giữa thượng lưu và hạ lưu khu vực đô thị. Tại các điểm quan trắc thượng lưu Yên Thế và Lạng Giang, các thông số pH, DO và BOD5 đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08:2008/BTNMT mức A1 và A2, chỉ số WQI duy trì ở mức tốt từ 75 đến 90. Ngược lại, ngay khi dòng sông chảy qua thành phố Bắc Giang, tiếp nhận nước xả từ các trạm bơm Chi Ly, Nhà Dầu, Châu Xuyên và điểm xả Tân Tiến, hàm lượng COD và BOD5 tăng vọt gấp 2 đến 3 lần, nồng độ Coliform vượt quy chuẩn nhiều lần, khiến chỉ số WQI giảm mạnh xuống mức ô nhiễm trung bình và xấu dưới 50.

Thứ tư, chế độ thủy văn của sông chịu chi phối mạnh mẽ bởi yếu tố mùa vụ. Tổng lượng mưa trung bình năm của tỉnh đạt 1.570 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa với 1.345 mm chiếm khoảng 85,7%, trong khi mùa khô chỉ đạt 225 mm. Sự chênh lệch lưu lượng dòng chảy giữa mùa lũ và mùa kiệt tại trạm Cầu Sơn khiến khả năng tự làm sạch và pha loãng chất ô nhiễm của sông Thương trong các tháng mùa khô suy giảm nghiêm trọng.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu quan trắc có thể được mô hình hóa trực quan thông qua biểu đồ cột chồng thể hiện cơ cấu tải lượng xả thải của 6 nhà máy chính và biểu đồ đường thể hiện diễn biến suy giảm chỉ số WQI dọc theo hành trình 89 km của dòng sông. Nguyên nhân gốc rễ của tình trạng ô nhiễm đoạn qua đô thị xuất phát từ việc thành phố Bắc Giang và các huyện lân cận chưa hoàn thiện mạng lưới thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt đồng bộ, dẫn đến phần lớn nước thải sinh hoạt của hơn 97.000 dân cư đô thị bị xả thẳng qua các trạm bơm tiêu.

Khi so sánh với diễn biến môi trường tại lưu vực sông Cầu và lưu vực sông Nhuệ - Đáy, tính chất ô nhiễm của sông Thương có nét tương đồng về sự suy thoái nhanh tại các đoạn sông chảy qua khu đô thị và vùng phát triển công nghiệp hóa chất. Kết quả này chứng minh rằng nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời vào các điểm xả thải trọng điểm tại Thọ Xương và Tân Tiến, nguy cơ ô nhiễm lan rộng xuống khu vực hạ lưu Yên Dũng trước khi hợp lưu với sông Lục Nam là điều tất yếu.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện chính sách và thể chế quản lý lưu vực sông. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang cần chủ trì thiết lập quy chế phối hợp kiểm soát nguồn thải liên huyện, áp dụng hạn ngạch xả thải dựa trên sức chịu tải môi trường của sông Thương. Mục tiêu đến năm 2020 là bắt buộc 100% các cơ sở sản xuất có lưu lượng nước thải từ 1.000 m3/ngày trở lên phải lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục truyền dữ liệu trực tiếp về cơ quan quản lý.

Thứ hai, nâng cấp hạ tầng xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Giang cùng Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh cần đẩy nhanh tiến độ mở rộng trạm xử lý nước thải tập trung tại xã Tân Tiến với công suất đạt tối thiểu 20.000 m3/ngày đêm, đồng thời hoàn thành mạng lưới cống tách nước mưa và nước thải tại các phường nội thị nhằm cắt giảm 35% đến 40% tải lượng hữu cơ xả thẳng ra sông.

Thứ ba, triển khai đồng bộ 4 mô hình công nghệ xử lý nước thải chuyên biệt theo đề xuất của luận văn:

  • Mô hình xử lý nước thải sinh hoạt đô thị: Ứng dụng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí kết hợp lắng lọc sinh học và khử trùng bằng Ozone hoặc Cloramin B.
  • Mô hình xử lý nước thải y tế: Áp dụng quy trình xử lý bậc ba kết hợp lọc màng sinh học MBR tại các bệnh viện tuyến tỉnh và huyện dọc lưu vực.
  • Mô hình xử lý nước thải khu, cụm công nghiệp: Kết hợp phương pháp keo tụ tạo bông hóa lý với bể phản ứng sinh học hiếu khí để loại bỏ triệt để COD và kim loại nặng.
  • Mô hình xử lý nước thải chăn nuôi: Chuẩn hóa hệ thống hầm Biogas kết hợp hồ sinh học thủy sinh thực vật cho các trang trại chăn nuôi quy mô lớn tại Tân Yên và Yên Dũng.

Thứ tư, tăng cường công tác thanh tra và chế tài xử phạt. Thanh tra Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Cảnh sát Môi trường duy trì kiểm tra định kỳ tối thiểu 2 lần mỗi năm đối với 45 nguồn thải lớn, kiên quyết xử lý nghiêm hoặc đình chỉ hoạt động các cơ sở vi phạm QCVN 40:2011/BTNMT, phấn đấu nâng tỷ lệ cơ sở sản xuất đạt chuẩn xả thải lên trên 98%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và thực tiễn phong phú, phù hợp cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Cán bộ chuyên trách tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên Môi trường các huyện thuộc tỉnh Bắc Giang có thể khai thác bộ cơ sở dữ liệu và bản đồ 26 vị trí quan trắc để xây dựng quy hoạch phân vùng xả thải và lập kế hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông định kỳ.

  2. Doanh nghiệp cấp thoát nước và công ty hạ tầng đô thị: Đơn vị quản lý các nhà máy cấp nước sạch công suất 25.000 m3/ngày có thể sử dụng các kết quả đánh giá chất lượng nước thô và quy luật dòng chảy thủy văn để tối ưu hóa vị trí đặt cửa lấy nước và cải tiến quy trình xử lý hóa lý.

  3. Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Quản lý Môi trường, Khoa học Môi trường và Thủy văn học có thể ứng dụng phương pháp nội suy kéo dài chuỗi số liệu dòng chảy Q = f(H) và khung phương pháp tính toán chỉ số WQI làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu lưu vực sông tương tự.

  4. Ban quản lý khu công nghiệp và chủ cơ sở sản xuất: Đội ngũ kỹ sư môi trường tại các doanh nghiệp xả thải lớn như nhà máy phân đạm, hóa chất, dệt may có thể tham khảo 4 sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chuyên sâu nhằm cải tạo hệ thống xử lý nội bộ đạt chuẩn quy chuẩn môi trường hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tầm quan trọng của sông Thương đối với sự phát triển kinh tế xã hội tỉnh Bắc Giang như thế nào? Sông Thương là trục thủy văn chính của tỉnh với chiều dài qua địa bàn 89 km và tổng lượng dòng chảy đạt khoảng 1,46 tỷ m3/năm. Nguồn nước này đóng vai trò sống còn khi cung cấp trực tiếp hơn 25.000 m3 nước sinh hoạt mỗi ngày cho đô thị, tưới tiêu cho hệ thống thủy nông Cầu Sơn và đảm bảo nguồn nước phục vụ sản xuất công nghiệp toàn tỉnh.

  2. Đâu là nguồn phát thải gây ô nhiễm hữu cơ lớn nhất vào dòng chính sông Thương? Trong số 199.040 m3 nước thải công nghiệp phát sinh mỗi ngày, Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc là nguồn thải lớn nhất với 184.800 m3/ngày, chiếm tới 92,8% tổng lượng xả thải công nghiệp trực tiếp. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ 5 trạm bơm tiêu của thành phố Bắc Giang là nguồn gây ô nhiễm hữu cơ và vi sinh Coliform nghiêm trọng nhất.

  3. Phương pháp tương quan Q = f(H) tại trạm Cầu Sơn được thực hiện dựa trên nguyên lý nào? Do trạm thủy văn Cầu Sơn ngừng đo lưu lượng từ năm 1974, tác giả đã sử dụng chuỗi số liệu thực đo đồng thời giữa lưu lượng Q và mực nước H giai đoạn 1962 - 1973 để phân chia thành 4 khoảng lưu lượng và thiết lập các đường tương quan toán học. Từ đó, dựa vào chuỗi mực nước đo được từ 2004 đến 2016, tác giả đã khôi phục thành công chuỗi lưu lượng dòng chảy phục vụ tính toán môi trường.

  4. Chất lượng nước sông Thương biến đổi ra sao khi chảy qua địa phận thành phố Bắc Giang? Nước sông có sự suy giảm chất lượng rõ rệt: tại thượng lưu Bố Hạ và Lạng Giang, nước đạt chuẩn A1 - A2 với chỉ số WQI từ 75 đến 90. Khi qua khu vực thành phố, do tiếp nhận nước thải công nghiệp và sinh hoạt qua các cống xả Chi Ly, Nhà Dầu và Tân Tiến, nồng độ COD, BOD5 và Coliform tăng gấp 2 đến 3 lần, khiến WQI giảm sâu xuống mức ô nhiễm dưới 50.

  5. Luận văn đề xuất những mô hình công nghệ xử lý nước thải nào cho địa phương? Luận văn đề xuất chi tiết 4 mô hình công nghệ: mô hình lọc bùn hoạt tính hiếu khí cho nước thải sinh hoạt đô thị, mô hình màng lọc MBR kết hợp khử trùng cho nước thải bệnh viện, mô hình keo tụ tạo bông kết hợp lắng sinh học cho cụm công nghiệp, và mô hình hầm Biogas kết hợp hồ sinh học thủy sinh cho nước thải chăn nuôi trang trại.

Kết luận

  • Luận văn đã hoàn thành đánh giá toàn diện hiện trạng tài nguyên nước sông Thương trên đoạn dòng chính dài 89 km chảy qua tỉnh Bắc Giang thông qua việc khảo sát chi tiết 45 nguồn thải và phân tích 26 vị trí lấy mẫu đại diện.
  • Xác định rõ cơ cấu nguồn nước tác động với 80% lưu lượng đến từ 5 sông nhánh nhập lưu, 12% từ trạm bơm tiêu thoát nước và 8% từ các cơ sở công nghiệp, trong đó Nhà máy Phân đạm Hà Bắc chiếm 92,8% tổng lượng nước thải công nghiệp.
  • Ứng dụng thành công phương pháp tương quan thủy văn Q = f(H) để phục dựng chuỗi dữ liệu lưu lượng dòng chảy giai đoạn 2004 - 2016, chứng minh mối quan hệ mật thiết giữa chế độ mưa theo mùa và khả năng tự làm sạch của sông.
  • Phát hiện tình trạng suy thoái chất lượng nước nghiêm trọng tại khu vực hạ lưu thành phố Bắc Giang với sự gia tăng đột biến của các chỉ số COD, BOD5 và vi khuẩn Coliform, khiến chỉ số WQI giảm mạnh từ mức tốt xuống mức ô nhiễm.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp khả thi gồm hoàn thiện thể chế quản lý lưu vực, xây dựng trạm quan trắc tự động liên tục và chuyển giao 4 mô hình công nghệ xử lý nước thải đạt chuẩn cho từng nguồn thải đặc thù.

Đóng góp lớn nhất của đề tài là cung cấp bức tranh định lượng chân thực và toàn diện về tải lượng ô nhiễm, hỗ trợ đắc lực cho các nhà hoạch định chính sách tỉnh Bắc Giang trong lộ trình bảo vệ môi trường giai đoạn 2020 - 2025. Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp trên địa bàn cần nhanh chóng ứng dụng các kết quả nghiên cứu và mô hình kỹ thuật này vào thực tiễn nhằm bảo vệ vững chắc an ninh nguồn nước sông Thương.