Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo hiện trạng môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường, cả nước có 249 khu công nghiệp đang hoạt động nhưng chỉ có 43,3% cơ sở hoàn thiện trạm xử lý nước thải tập trung. Tình trạng này khiến hơn 60% trong tổng số 1.000.000 m³/ngày đêm nước thải công nghiệp xả thẳng ra môi trường tiếp nhận mà không qua xử lý đạt chuẩn. Tại thành phố Hải Phòng – trung tâm công nghiệp và cảng biển lớn thứ ba cả nước với quy mô dân số hơn 1,7 triệu người và 55 khu, cụm công nghiệp quy hoạch trên diện tích 23.294 ha – áp lực ô nhiễm nguồn nước mặt đang ở mức báo động. Các đợt quan trắc chất lượng nước sông Giá, sông Rế và sông Đa Độ ghi nhận nồng độ BOD5 vượt 1,03 đến 1,7 lần, COD vượt 1,24 đến 3,5 lần, TSS vượt 1,1 đến 2,65 lần và Amoni (NH4+) vượt từ 4,8 đến 15,9 lần quy chuẩn cho phép.

Vấn đề cốt lõi là công tác kiểm soát, phân loại mức độ ô nhiễm tại các cơ sở sản xuất công nghiệp còn thiếu đồng bộ, dẫn đến việc quản lý chưa sát thực tế. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng hệ thống thu gom, xử lý nước thải tại 5 khu công nghiệp trọng điểm bao gồm Đình Vũ, Nomura, Đồ Sơn, Tràng Duệ và Nam Cầu Kiền. Đồng thời, đề tài tiến hành quan trắc, phân loại mức độ ô nhiễm của 10 doanh nghiệp điển hình theo Thông tư 04/2012/TT-BTNMT. Phạm vi không gian nghiên cứu bao phủ các quận Hải An, Đồ Sơn, Dương Kinh và các huyện An Dương, Thủy Nguyên với định hướng kiểm soát phát thải đến năm 2020. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng hỗ trợ cắt giảm trên 80% tải lượng ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng phát sinh, thúc đẩy lộ trình phát triển kinh tế bền vững cho đô thị loại 1 Hải Phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết cân bằng vật chất trong kỹ thuật môi trường kết hợp mô hình xử lý nước thải công nghiệp đa bậc và nguyên lý sản xuất sạch hơn (Cleaner Production). Khung lý thuyết tập trung vào cơ chế chuyển hóa sinh học hiếu khí, kỵ khí và quá trình xử lý hóa lý đối với nước thải sản xuất phức tạp. Đề tài vận hành dựa trên 5 khái niệm chuyên ngành nền tảng:

  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) phản ánh lượng oxy vi sinh vật tiêu thụ để phân hủy chất hữu cơ ở 20°C trong 5 ngày.
  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) đo lường tổng hàm lượng các hợp chất hữu cơ có thể bị oxy hóa bằng tác nhân hóa học mạnh.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) biểu thị trọng lượng hạt rắn không lắng lơ lửng trong một đơn vị thể tích nước.
  • Tải lượng ô nhiễm (Pollution Load) biểu thị khối lượng chất ô nhiễm phát thải theo thời gian (kg/ngày hoặc m³/ngày).
  • Cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng được định danh theo tiêu chí kỹ thuật quy định tại Thông tư 04/2012/TT-BTNMT dựa trên hệ số vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT và lưu lượng dòng thải.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu kết hợp giữa số liệu thứ cấp từ Niên giám thống kê thành phố Hải Phòng năm 2012, báo cáo quy hoạch 55 khu và cụm công nghiệp từ Sở Xây dựng cùng số liệu sơ cấp thu thập qua điều tra thực địa.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 10 cơ sở công nghiệp thuộc các ngành nghề có nguy cơ gây ô nhiễm cao như luyện cán thép, đóng tàu, sản xuất giấy, dệt may và chế tạo linh kiện điện tử tại 5 khu công nghiệp. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp có chủ đích (composite sampling) tại hố ga xả thải cuối cùng của doanh nghiệp trước khi đấu nối vào cống chung. Mỗi mẫu phân tích được trộn đều từ 3 mẫu đơn lấy vào các khung giờ đại diện cho chu kỳ sản xuất: 9h00, 11h00 và 16h30 trong hai ngày 07 và 08/01/2013. Mẫu được bảo quản lạnh và cố định hóa chất theo đúng quy trình TCVN. Bên cạnh đó, nghiên cứu tiến hành phỏng vấn xã hội học với cỡ mẫu 30 người (mỗi khu công nghiệp chọn 6 đối tượng gồm 3 công nhân, 1 cán bộ phụ trách môi trường và 2 người dân sinh sống lân cận).

Các thông số ô nhiễm chính (Asen, Cadimi, TSS, BOD5, COD, Tổng Nitơ, Tổng Phốt pho, Coliform, Dầu mỡ khoáng) được phân tích tại Phòng Thí nghiệm Phân tích Độc chất thuộc Viện Công nghệ Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Các phép thử tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn quốc gia như TCVN 6001-1:2008 cho BOD5, TCVN 6491:1999 cho COD, TCVN 4560:1988 cho TSS và TCVN 6187-1:2009 cho Coliform. Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo tính pháp lý tuyệt đối khi đối chiếu với Thông tư 04/2012/TT-BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT. Tiến độ nghiên cứu được triển khai đồng bộ từ khảo sát hiện trường đầu năm 2013 và xây dựng giải pháp định hướng đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tồn tại sự mất cân đối nghiêm trọng về hạ tầng xử lý nước thải giữa các khu công nghiệp lâu năm và các khu công nghiệp mới thành lập. Khu công nghiệp Đình Vũ (1.463 ha) và Khu công nghiệp Nomura (153 ha) đã xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung hoàn chỉnh với công suất vận hành giai đoạn 1 lần lượt là 2.500 m³/ngày đêm (công suất thiết kế 9.000 m³/ngày đêm) và 5.000 m³/ngày đêm (công suất thiết kế 10.800 m³/ngày đêm), chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A. Ngược lại, Khu công nghiệp Tràng Duệ (349 ha) và Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền (263,32 ha) chưa vận hành trạm xử lý nước thải tập trung, xả thẳng lần lượt 2.000 m³/ngày đêm và 1.200 m³/ngày đêm nước thải chưa qua xử lý triệt để vào lưu vực sông Cấm.

Thứ hai, kết quả phân loại 10 cơ sở sản xuất theo Thông tư 04/2012/TT-BTNMT phát hiện nhiều nguồn phát thải ô nhiễm nghiêm trọng. Tại Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền, các nhà máy đóng tàu và sản xuất thép có hàm lượng COD vượt quy chuẩn từ 2,1 đến 3,8 lần, TSS vượt 2,3 đến 3,2 lần với lưu lượng xả thải trên 500 m³/ngày đêm chứa các chất độc hại vô cơ, xếp vào diện cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Tại Khu công nghiệp Đồ Sơn và Tràng Duệ, một số cơ sở may mặc và sản xuất khuôn nhựa có thông số BOD5 và Coliform vượt ngưỡng quy định cột B từ 1,5 đến 2,8 lần.

Thứ ba, thống kê tổng thể cho thấy 39 cụm công nghiệp trên địa bàn thành phố hoàn toàn chưa có trạm xử lý nước thải tập trung, 100% các đơn vị chỉ đầu tư hệ thống cống gom rồi xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận tự nhiên. Trên phạm vi toàn quốc, số liệu tổng hợp chỉ ra có tới 39,68% các tỉnh, thành phố (khoảng 25 địa phương) chưa hoàn thành công tác lập danh mục và phân loại cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Thứ tư, kết quả điều tra xã hội học từ 30 phiếu khảo sát ghi nhận 73,3% người dân địa phương xung quanh các khu công nghiệp mới bày tỏ lo ngại về chất lượng nguồn nước ngầm và nước mặt tưới tiêu, trong khi 66,7% công nhân phản ánh việc thiếu trang bị bảo hộ chuyên dụng khi tiếp xúc gần các mương thoát nước thải nội bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng trên bắt nguồn từ việc các chủ đầu tư hạ tầng có xu hướng trì hoãn xây dựng trạm xử lý tập trung cho đến khi tỷ lệ lấp đầy đất công nghiệp đạt trên 70% để tối ưu hóa bài toán kinh tế ngắn hạn. Thêm vào đó, các doanh nghiệp thứ cấp không đầu tư công trình tiền xử lý cục bộ, dẫn đến hiện tượng nước thải chứa dầu mỡ, kim loại nặng hòa lẫn nước thải sinh hoạt xả thẳng vào cống chung. Khi đối chiếu với các nghiên cứu tại các khu công nghiệp phía Nam như Khu công nghiệp Biên Hòa 1 (Đồng Nai) hay Khu công nghiệp Tân Tạo (Thành phố Hồ Chí Minh), hiện tượng quá tải hệ vi sinh do tiếp nhận nước thải công nghiệp chưa tiền xử lý cũng là nguyên nhân làm suy giảm 40 - 60% hiệu suất của trạm xử lý tập trung. So với kinh nghiệm quốc tế tại các quốc gia châu Âu áp dụng Chỉ thị 91/271/EEC hoặc Trung Quốc với 88% lượng nước thải công nghiệp đạt chuẩn vào năm 2002 nhờ công nghệ màng sinh học và bể UASB, Hải Phòng đang tụt hậu đáng kể về mặt quản trị kỹ thuật.

Dữ liệu quan trắc của nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ phát thải thực tế của các thông số BOD5, COD, TSS và Kim loại nặng của 10 doanh nghiệp so với giới hạn trần của QCVN 40:2011/BTNMT cột A và B. Đồng thời, bảng ma trận phân loại ô nhiễm 4 nhóm tiêu chí (nồng độ vượt chuẩn, lưu lượng thải, tính chất độc hại và nguồn tiếp nhận) giúp nhận diện rõ nét mức độ rủi ro sinh thái. Điều này khẳng định việc phân loại ô nhiễm theo Thông tư 04/2012/TT-BTNMT là công cụ pháp lý và khoa học không thể thiếu để cơ quan chức năng phân bổ nguồn lực thanh tra, cưỡng chế di dời hoặc bắt buộc đổi mới công nghệ.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, kiện toàn cơ chế quản lý và kiểm soát phát thải. Ban Quản lý Khu kinh tế Hải Phòng phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường ban hành quy chế bắt buộc 100% doanh nghiệp thứ cấp phải hoàn thành đấu nối nước thải vào mạng lưới thu gom tập trung trước quý IV/2014. Thiết lập hệ thống trạm quan trắc nước thải tự động, liên tục đo các chỉ số pH, COD, TSS, Nhiệt độ và Lưu lượng tại cửa xả của 5 khu công nghiệp, truyền dữ liệu trực tiếp 24/7 về trung tâm điều hành môi trường thành phố trước năm 2015.

Thứ hai, cải tiến công nghệ xử lý sơ bộ tại nguồn cho các doanh nghiệp. Thay thế toàn bộ hệ thống bể tự hoại 3 ngăn truyền thống bằng bể tự hoại cải tiến có vách ngăn mỏng dòng hướng lên (BASTAF) đối với nước thải sinh hoạt của công nhân, nâng hiệu suất xử lý BOD5 đạt từ 75% đến 85%. Đối với các nhà máy sản xuất thép tại Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền, triển khai lắp đặt hệ thống lọc áp lực và bể lắng tuần hoàn khép kín, tái sử dụng tối thiểu 65% lượng nước làm mát thiết bị trước năm 2016. Đối với các cơ sở đóng tàu và chế biến giấy, bắt buộc xây dựng bể keo tụ tạo bông kết hợp tuyển nổi khí hòa áp (DAF) để loại bỏ trên 90% cặn lơ lửng và dầu mỡ khoáng trước khi xả ra cống khu công nghiệp.

Thứ ba, đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung cho Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền. Đơn vị phát triển hạ tầng cần khẩn trương khởi công trạm xử lý công suất giai đoạn 1 đạt 2.000 m³/ngày đêm trong giai đoạn 2014 - 2015, định hướng mở rộng lên 5.000 m³/ngày đêm đến năm 2020. Dây chuyền công nghệ đề xuất bao gồm: Song chắn rác thô/tinh – Bể điều hòa sục khí – Bể keo tụ tạo bông – Bể lắng hóa lý – Bể sinh học hiếu khí Aerotank bùn hoạt tính – Bể lắng thứ cấp – Khử trùng bằng Clorine, cam kết chất lượng nước xả ra sông Cấm đạt loại A QCVN 40:2011/BTNMT.

Thứ tư, chuẩn hóa quy trình vận hành và bảo dưỡng (O&M). Chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp phải ban hành sổ tay vận hành chuẩn cho hệ thống trạm bơm, thiết bị ép bùn ly tâm và máy sục khí; thực hiện nạo vét định kỳ hệ thống mương gom nước mưa và nước thải riêng biệt bao quanh khu công nghiệp với chu kỳ 6 tháng/lần nhằm ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ nước thải vào tầng nước ngầm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường bao gồm Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Ban Quản lý Khu kinh tế Hải Phòng. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng và bộ công cụ phân loại ô nhiễm theo Thông tư 04/2012/TT-BTNMT nhằm thiết lập danh mục xử lý triệt để các cơ sở xả thải vi phạm trên địa bàn 55 khu, cụm công nghiệp.

Nhóm 2: Các chủ đầu tư kinh doanh hạ tầng khu công nghiệp như Công ty Cổ phần Khu công nghiệp Đình Vũ, Công ty Liên doanh Khu công nghiệp Đồ Sơn, Công ty Phát triển KCN Nomura và chủ đầu tư KCN Nam Cầu Kiền, Tràng Duệ. Tài liệu cung cấp bản vẽ sơ đồ công nghệ, bảng dự toán chi phí xây dựng và vận hành trạm xử lý nước thải tập trung từ 2.000 đến 10.800 m³/ngày đêm.

Nhóm 3: Các doanh nghiệp sản xuất cơ khí, đóng tàu, luyện kim, sản xuất giấy và dệt may đang hoạt động trong khu công nghiệp. Luận văn là cẩm nang kỹ thuật hướng dẫn giải pháp tiền xử lý nước thải cục bộ, tuần hoàn tái sử dụng nước, giúp doanh nghiệp giảm thiểu 60 - 80% tải lượng chất ô nhiễm phát sinh.

Nhóm 4: Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Đô thị. Luận văn đóng vai trò là một điển cứu (case study) học thuật mẫu mực về phương pháp lấy mẫu tổ hợp, kỹ thuật xử lý số liệu quan trắc và kỹ năng hoạch định chính sách môi trường duyên hải.

Câu hỏi thường gặp

Căn cứ pháp lý nào được sử dụng để phân loại mức độ ô nhiễm nước thải của các cơ sở công nghiệp trong nghiên cứu? Nghiên cứu căn cứ vào Thông tư 04/2012/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường kết hợp đối chiếu với QCVN 40:2011/BTNMT. Tiêu chí phân loại dựa trên bội số vượt quy chuẩn kỹ thuật từ 2 đến dưới 5 lần hoặc trên 5 lần, kết hợp quy mô xả thải từ 200 m³/ngày đêm với chất thải nguy hại đến trên 1.000 m³/ngày đêm với chất thải thông thường.

Tại sao tác giả thay đổi hướng nghiên cứu từ Cụm công nghiệp sang các Khu công nghiệp tại Hải Phòng? Tại thời điểm năm 2012, toàn bộ 39 cụm công nghiệp tại Hải Phòng chỉ tập trung vào dịch vụ cảng, đóng tàu nhỏ và hoàn toàn chưa có trạm xử lý nước thải tập trung nên rất khó thu thập dữ liệu kỹ thuật. Ngược lại, 5 khu công nghiệp lớn được chọn có 122 doanh nghiệp hoạt động đa ngành, cung cấp nguồn dữ liệu quan trắc toàn diện và khả thi hơn.

Trạm xử lý nước thải tại Khu công nghiệp Đình Vũ và Nomura vận hành với công nghệ gì và hiệu quả ra sao? Khu công nghiệp Đình Vũ vận hành trạm xử lý giai đoạn 1 công suất 2.500 m³/ngày đêm, còn Nomura đạt công suất 5.000 m³/ngày đêm trên tổng công suất thiết kế 10.800 m³/ngày đêm. Cả hai hệ thống ứng dụng công nghệ cơ học kết hợp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính nhân tạo, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT.

Tác động môi trường của việc chưa hoàn thiện trạm xử lý nước thải tại Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền là gì? Khu công nghiệp Nam Cầu Kiền phát sinh khoảng 1.200 m³/ngày đêm nước thải xả trực tiếp ra sông Cấm. Do chứa hàm lượng COD và TSS vượt quy chuẩn từ 2,1 đến 3,8 lần phát sinh từ các cơ sở đóng tàu và luyện cán thép, nguồn thải này đe dọa nghiêm trọng hệ sinh thái thủy sinh và gây suy giảm chất lượng nước mặt phục vụ nông nghiệp huyện Thủy Nguyên.

Giải pháp bể tự hoại cải tiến BASTAF mang lại ưu điểm vượt trội nào so với bể tự hoại truyền thống? Bể BASTAF được thiết kế các vách ngăn mỏng hướng dòng kỵ khí giúp tối ưu hóa thời gian lưu bùn và diện tích tiếp xúc vi sinh. Giải pháp này giúp nâng hiệu suất xử lý BOD5 từ mức 35% của bể 3 ngăn thông thường lên mức 75 - 85%, đồng thời giảm trên 70% lượng chất rắn lơ lửng TSS trong nước thải sinh hoạt.

Kết luận

  • Đề tài đã đánh giá toàn diện hiện trạng thu gom và xử lý nước thải tại 5 khu công nghiệp trọng điểm của Hải Phòng với tổng quy mô diện tích hơn 2.378 ha.
  • Hoàn thành quan trắc và phân loại mức độ ô nhiễm nước thải của 10 cơ sở công nghiệp theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật Thông tư 04/2012/TT-BTNMT, nhận diện chính xác các nguồn thải nghiêm trọng.
  • Làm rõ thực trạng thiếu hụt trạm xử lý nước thải tập trung tại 39 cụm công nghiệp và 2 khu công nghiệp mới thành lập (Nam Cầu Kiền, Tràng Duệ) với lượng thải xả thẳng ra sông Cấm lên tới 3.200 m³/ngày đêm.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật khả thi bao gồm ứng dụng bể BASTAF, công nghệ tuần hoàn nước làm mát ngành thép và thiết kế trạm xử lý tập trung công suất 2.000 m³/ngày đêm.
  • Xây dựng mô hình dự toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành chi tiết, cung cấp luận cứ kinh tế - kỹ thuật vững chắc cho các nhà đầu tư hạ tầng công nghiệp.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã đặt nền móng phương pháp luận và cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về phân loại ô nhiễm nước thải khu công nghiệp theo Thông tư 04/2012/TT-BTNMT trên địa bàn Hải Phòng. Về lộ trình tiếp theo, thành phố cần hoàn thành xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung KCN Nam Cầu Kiền giai đoạn 2014 - 2017 và phủ sóng trạm quan trắc tự động trên toàn bộ 16 KCN trước năm 2020. Các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp hạ tầng cần sớm đưa bộ công cụ phân loại và chuỗi giải pháp công nghệ này vào thực tiễn quản trị nhằm hiện thực hóa mục tiêu xây dựng Hải Phòng thành đô thị công nghiệp sinh thái hiện đại, bền vững.