Tổng quan nghiên cứu
Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế nông thôn Việt Nam với 197 làng nghề trên toàn quốc, chiếm khoảng 13,58% tổng số 1.450 làng nghề đang hoạt động. Tại tỉnh Yên Bái, làng nghề sản xuất miến dong thôn Ngòi Đong thuộc xã Giới Phiên là một điểm sáng kinh tế tiêu biểu, chính thức được công nhận làng nghề truyền thống cấp tỉnh vào tháng 9 năm 2012. Toàn xã hiện có khoảng 100 hộ gia đình, trong đó riêng làng Ngòi Đong có hơn 40 hộ chuyên sản xuất miến dong với quy mô từ 100 kg đến 200 kg nguyên liệu bột dong/ngày/hộ, cung ứng ra thị trường từ 70 kg đến 150 kg miến khô thành phẩm mỗi ngày.
Tuy nhiên, sự phát triển này đang đi kèm với áp lực nghiêm trọng lên môi trường sống. Trung bình một hộ sản xuất xả thải từ 2 m3 đến 3 m3 nước thải/ngày đêm trong các công đoạn ngâm, tẩy và khuấy bột. Với hơn 40 hộ hoạt động đồng loạt, tổng lượng nước thải phát sinh đạt từ 80 m3 đến 120 m3/ngày đêm. Do 92,5% số hộ không có công trình xử lý và chỉ có 3 hộ có hố thu gom sơ tán, nguồn nước thải mang tải lượng hữu cơ cực cao được xả trực tiếp vào hệ thống rãnh hở, gây ô nhiễm trầm trọng nguồn nước mặt và đe dọa trực tiếp đến chất lượng nước ngầm của hơn 400 nhân khẩu trong khu vực.
Nghiên cứu được triển khai từ tháng 4 năm 2019 đến tháng 4 năm 2020 tại địa bàn xã Giới Phiên, thành phố Yên Bái nhằm giải quyết 3 mục tiêu cốt lõi: Đánh giá chi tiết hiện trạng phát sinh và mức độ ô nhiễm của nước thải sản xuất; khảo sát sự biến đổi chất lượng nước mặt và nước ngầm cục bộ; từ đó thiết kế, chuyển giao 01 mô hình xử lý nước thải quy mô hộ gia đình đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, mở ra hướng đi bền vững cho kinh tế địa phương.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 2 nền tảng lý thuyết chủ đạo: Lý thuyết phân hủy sinh học chất hữu cơ kỵ khí kết hợp hiếu khí và Khung quản lý môi trường làng nghề theo mô hình phân tán (DEWATS). Trong xử lý nước thải tinh bột, các hợp chất cacbonhydrat chiếm từ 60% đến 80% tổng lượng chất hữu cơ, đòi hỏi quá trình thủy phân yếm khí chuyển hóa hợp chất cao phân tử thành axit hữu cơ trước khi oxy hóa hoàn toàn bởi vi sinh vật hiếu khí.
Các khái niệm chuyên ngành then chốt được vận dụng xuyên suốt gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày (BOD5), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), Hệ số tải lượng ô nhiễm và Khả năng tự làm sạch của nguồn nước tiếp nhận. Khung pháp lý tham chiếu tuân thủ nghiêm ngặt theo Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13, Thông tư số 31/2016/TT-BTNMT quy định về bảo vệ môi trường làng nghề, cùng hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm QCVN 40:2011/BTNMT cột B về nước thải công nghiệp, QCVN 08-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt và QCVN 09-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước dưới đất. Theo các nghiên cứu ngành chế biến nông sản, nồng độ COD trong nước ngâm bột thô có thể dao động từ 1.200 mg/l đến trên 4.500 mg/l, khẳng định sự cần thiết phải kiểm soát nghiêm ngặt bằng các chỉ tiêu định lượng.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp đồng bộ giữa phương pháp điều tra xã hội học và quan trắc thực địa phòng thí nghiệm. Cỡ mẫu điều tra xã hội học gồm 101 phiếu phỏng vấn trực tiếp, bao gồm 01 phiếu khảo sát chính quyền địa phương, tổ chức hợp tác xã và 100 phiếu điều tra hộ dân sản xuất miến dong cũng như các hộ lân cận theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng. Phương pháp này đảm bảo thu thập đầy đủ thông tin về thời gian làm nghề, lượng nước tiêu thụ từ 2 m3 đến 3 m3/hộ và chế độ xả thải.
Dữ liệu quan trắc chất lượng nước được thu thập thông qua chiến dịch lấy mẫu thực địa ngày 15 tháng 6 năm 2019 với tổng cộng 42 mẫu tại các tọa độ chuẩn VN-2000: 30 mẫu nước thải tại 19 hộ sản xuất đại diện, 10 mẫu nước ngầm tại 10 giếng khoan dân sinh và 02 mẫu nước mặt tại rãnh tiếp nhận nước thải làng nghề. Quy trình lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển tuân thủ bộ tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663 (tương đương ISO 5667). Phương pháp phân tích lý hóa trong phòng thí nghiệm áp dụng phương pháp đo quang phổ, phương pháp sấy khô ở 105 độ C xác định TSS, phương pháp chuẩn độ dicromat xác định COD và phương pháp ủ chai 5 ngày ở 20 độ C xác định BOD5. Đây là các phương pháp phân tích tiêu chuẩn có độ tin cậy trên 95%, phù hợp nhất để đánh giá đặc tính nước thải giàu tinh bột có khả năng phân hủy sinh học cao.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Thứ nhất, kết quả điều tra 100 hộ dân cho thấy hoạt động làm miến dong mang tính tập trung cao độ tại thôn Ngòi Đong với trên 40 hộ làm nghề liên tục quanh năm. Nhu cầu sử dụng nước trung bình của mỗi hộ dao động từ 2 m3 đến 3 m3/ngày đêm, trong đó 85% lượng nước được dùng cho các khâu ngâm, rửa và lọc dịch bột dong. Tổng lượng nước thải phát sinh toàn làng nghề ước tính khoảng 100 m3/ngày đêm, xả thải tự do ra các rãnh thoát nước hở dài hơn 1.200 m trong khu dân cư.
Thứ hai, kết quả phân tích 30 mẫu nước thải tại 19 hộ gia đình cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ vượt quy chuẩn nghiêm trọng. Nồng độ BOD5 trung bình đạt từ 1.250 mg/l đến 2.800 mg/l, vượt ngưỡng cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT cột B từ 25 đến 56 lần. Nồng độ COD dao động từ 2.100 mg/l đến 4.350 mg/l, vượt quy chuẩn từ 14 đến 29 lần. Hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS đạt từ 450 mg/l đến 1.100 mg/l, cao gấp 4,5 đến 11 lần giới hạn quy định. Nước thải có tính axit mạnh với độ pH thấp từ 4,2 đến 5,1 do quá trình lên men tự nhiên của tinh bột thừa.
Thứ ba, môi trường nước tiếp nhận xung quanh đang bị suy thoái nghiêm trọng. Tại 02 điểm lấy mẫu nước mặt dọc kênh tiếp nhận của hộ ông Tăng Kế Tôn, hàm lượng COD và BOD5 đều vượt QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 từ 4,8 đến 9,2 lần. Đối với 10 mẫu nước ngầm dân sinh, tuy các chỉ tiêu kim loại nặng như chì, cadimi vẫn nằm trong giới hạn an toàn, nhưng hàm lượng amoni (NH4+) và vi sinh vật Coliform tại 4 giếng đào gần mương thoát nước đã có dấu hiệu vượt từ 1,5 đến 3,2 lần quy chuẩn QCVN 09-MT:2015/BTNMT.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng tại làng nghề Giới Phiên xuất phát từ công nghệ sản xuất thủ công, thiết bị tách bột thô sơ làm thất thoát một lượng lớn tinh bột mịn và dịch tế bào hữu cơ vào dòng nước rửa. Việc ngâm ủ bột dong qua 2 đến 3 chu kỳ nước khiến quá trình lên men yếm khí diễn ra nhanh chóng ngay trong đường cống, phát sinh mùi chua thối đặc trưng của khí H2S và NH3. So sánh với các nghiên cứu làng nghề miến Cát Quế, Dương Liễu (Hà Nội) hay làng bún Tam Giang (Bắc Ninh) nơi BOD5 từng ghi nhận tới 2.000 mg/l, nước thải miến dong Giới Phiên có nồng độ chất hữu cơ tương đương nhưng quy mô diện tích mặt bằng lại chật hẹp hơn rất nhiều, khiến 90% hộ không có đủ đất xây dựng hệ thống xử lý riêng.
Nếu dữ liệu được trực quan hóa qua biểu đồ cột so sánh nồng độ ô nhiễm trước và sau xử lý hoặc ma trận tương quan giữa sản lượng bột dong đầu vào và lưu lượng nước thải phát sinh, người quản lý sẽ dễ dàng nhận thấy sự cấp thiết của việc kiểm soát ô nhiễm tại nguồn. Ô nhiễm nước thải không chỉ phá hủy hệ sinh thái thủy sinh cục bộ mà còn làm gia tăng tỷ lệ mắc các bệnh ngoài da lên 30% và bệnh hô hấp lên 18% ở các cộng đồng làng nghề tương tự. Do đó, việc ứng dụng mô hình xử lý sinh học khép kín là giải pháp kỹ thuật duy nhất khả thi để phục hồi môi trường nước tại Giới Phiên.
Đề xuất và khuyến nghị
Nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, hạ tầng và quản lý mang tính khả thi cao nhằm giải quyết dứt điểm tình trạng ô nhiễm nước thải:
Thứ nhất, xây dựng và nhân rộng mô hình xử lý nước thải sinh học phân tán quy mô hộ gia đình (kết hợp bể lắng cát, bể kỵ khí có vách ngăn ABR và cột lọc sinh học ngập nước). Mô hình có công suất thiết kế từ 2,5 m3 đến 3,5 m3/ngày đêm, mục tiêu xử lý đạt hiệu suất loại bỏ từ 85% đến 90% nồng độ COD và từ 88% đến 92% nồng độ BOD5, đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B trước tháng 12 năm 2021. Chủ thể thực hiện là các hộ gia đình sản xuất dưới sự hướng dẫn kỹ thuật của Phòng Kinh tế và Ban Quản lý Môi trường thành phố Yên Bái.
Thứ hai, lắp đặt hệ thống song chắn rác và hố lắng tinh bột sơ bộ tại 100% cơ sở làm nghề. Biện pháp này giúp thu hồi lại từ 10 kg đến 20 kg bột lắng/ngày, giảm ngay 60% lượng chất rắn lơ lửng TSS phát sinh tại nguồn trong vòng 3 tháng đầu triển khai, do các hộ gia đình tự đầu tư với chi phí thấp dưới 3 triệu đồng/hộ.
Thứ ba, quy hoạch hạ tầng thoát nước riêng biệt và xây dựng cụm công nghiệp làng nghề tập trung giai đoạn 2021 - 2025. UBND thành phố Yên Bái và Sở Tài nguyên và Môi trường cần bố trí quỹ đất từ 2 ha đến 3 ha cách xa khu dân cư tối thiểu 500 m để di dời hơn 40 hộ làm miến, đầu tư trạm xử lý nước thải tập trung công suất 200 m3/ngày đêm.
Thứ tư, áp dụng cơ chế chính sách hỗ trợ tín dụng xanh và tăng cường giám sát môi trường. UBND tỉnh Yên Bái cần triển khai gói vay vốn ưu đãi giảm từ 2% đến 3% lãi suất hàng năm theo Nghị định 19/2015/NĐ-CP để hỗ trợ 40 hộ làm miến đầu tư hệ thống xử lý nước thải; đồng thời Chi cục Bảo vệ Môi trường thực hiện quan trắc định kỳ 2 lần/năm để kịp thời xử phạt các trường hợp cố tình xả thải chưa qua xử lý.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Luận văn cung cấp nguồn tư liệu học thuật và thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:
Một là, Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Yên Bái, Phòng Tài nguyên và Môi trường TP. Yên Bái, UBND xã Giới Phiên). Cán bộ quản lý có thể sử dụng bộ cơ sở dữ liệu quan trắc 42 mẫu nước để lập kế hoạch quản lý môi trường làng nghề theo Thông tư 31/2016/TT-BTNMT, làm căn cứ quy hoạch cụm công nghiệp nông thôn và cấp phép xả thải.
Hai là, Các hộ gia đình, chủ cơ sở và Hợp tác xã sản xuất miến dong xã Giới Phiên. Người dân có thể ứng dụng trực tiếp sơ đồ thiết kế công nghệ và hướng dẫn vận hành hệ thống lọc sinh học chi phí thấp để tự xử lý từ 2 m3 đến 3 m3 nước thải/ngày đêm ngay trên diện tích từ 6 m2 đến 10 m2 của gia đình.
Ba là, Các giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Đất đai. Tài liệu là nguồn tham khảo mẫu mực về quy trình thiết kế điều tra xã hội học với 101 phiếu khảo sát, phương pháp lấy mẫu hiện trường theo tiêu chuẩn TCVN 6663 và cơ chế phản ứng kỵ khí trong nước thải giàu tinh bột.
Bốn là, Các công ty tư vấn công nghệ môi trường và tổ chức phi chính phủ phát triển nông thôn. Các kỹ sư có thể khai thác các thông số tải lượng ô nhiễm thực tế để chế tạo các module xử lý nước thải chế biến nông sản thực phẩm dạng hợp khối công suất 5 m3 đến 20 m3/ngày đêm phục vụ thị trường miền núi phía Bắc.
Câu hỏi thường gặp
Nước thải sản xuất miến dong tại xã Giới Phiên có những đặc trưng ô nhiễm nổi bật nào?
Nước thải làm miến dong Giới Phiên chứa nồng độ chất hữu cơ hòa tan và tinh bột cực cao, với nồng độ COD từ 2.100 mg/l đến 4.350 mg/l và BOD5 từ 1.250 mg/l đến 2.800 mg/l, vượt quy chuẩn từ 14 đến 56 lần. Nước thải có tính axit mạnh với pH từ 4,2 đến 5,1 và dễ bốc mùi hôi thối do quá trình lên men yếm khí nhanh.
Chi phí đầu tư và diện tích lắp đặt mô hình xử lý nước thải sinh học phân tán cho một hộ gia đình là bao nhiêu?
Mô hình lọc sinh học kỵ khí ABR kết hợp lọc ngập nước cho lưu lượng từ 2 m3 đến 3 m3/ngày đêm chỉ cần diện tích xây dựng từ 6 m2 đến 8 m2. Chi phí đầu tư vật liệu xây dựng và phụ kiện vi sinh dao động từ 15 triệu đến 25 triệu đồng/hộ, tiết kiệm khoảng 40% so với việc lắp đặt bể composite công nghiệp.
Nước thải sau khi qua mô hình xử lý đề xuất có đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia không?
Hệ thống xử lý sinh học kết hợp kỵ khí và hiếu khí đạt hiệu suất khử COD trên 88% và BOD5 trên 86%, giúp nồng độ các chất ô nhiễm giảm về dưới mức giới hạn tối đa cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Nước sau xử lý hoàn toàn an toàn khi xả vào hệ thống mương tưới tiêu thủy lợi của địa phương.
Nguồn nước ngầm tại khu vực làng nghề miến dong Giới Phiên đã bị ảnh hưởng như thế nào?
Khảo sát 10 mẫu nước ngầm giếng khoan cho thấy các kim loại nặng vẫn nằm trong giới hạn an toàn. Tuy nhiên, tại các giếng đào nông cách rãnh xả thải dưới 15 m, hàm lượng amoni (NH4+) và vi khuẩn Coliform đã vượt giới hạn quy chuẩn QCVN 09-MT:2015/BTNMT từ 1,5 đến 3,2 lần do nước bẩn ngấm qua tầng đất mặt.
Làm thế nào để các hộ sản xuất vừa bảo vệ môi trường vừa nâng cao hiệu quả kinh tế?
Các hộ sản xuất nên lắp đặt ngay hệ thống bể lắng sơ bộ để thu hồi từ 10 kg đến 20 kg tinh bột thải/ngày dùng làm thức ăn gia súc hoặc ủ phân hữu cơ vi sinh. Biện pháp này vừa cắt giảm 60% tải lượng chất rắn xả thải vừa mang lại nguồn thu phụ phẩm bù đắp chi phí vận hành hệ thống xử lý.
Kết luận
Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường của tác giả Phạm Thế Quang đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu khoa học và thực tiễn cấp bách tại địa phương:
- Cung cấp bộ dữ liệu quan trắc toàn diện với 42 mẫu nước và 101 phiếu khảo sát thực địa, phản ánh chính xác bức tranh ô nhiễm nước thải tại làng nghề miến dong Giới Phiên.
- Xác định rõ mức độ vượt chuẩn từ 14 đến 56 lần của các chỉ tiêu BOD5, COD, TSS trong 100 m3 nước thải phát sinh mỗi ngày từ hơn 40 hộ sản xuất.
- Đề xuất và thử nghiệm thành công mô hình lọc sinh học kỵ khí - hiếu khí phân tán đạt hiệu suất làm sạch chất hữu cơ trên 88%, chi phí thấp và phù hợp với diện tích nông thôn.
- Thiết lập lộ trình 4 giải pháp đồng bộ kết hợp giữa kỹ thuật xử lý tại chỗ, ưu đãi tài chính giảm 2% đến 3% lãi suất và quy hoạch cụm công nghiệp 3 ha giai đoạn 2021 - 2025.
- Kêu gọi các cấp chính quyền tỉnh Yên Bái cùng bà con làng nghề Ngòi Đong hành động ngay hôm nay để áp dụng công nghệ xử lý nước thải, bảo tồn thương hiệu miến dong Giới Phiên phát triển bền vững và thân thiện với môi trường.