Tổng quan nghiên cứu

Quần thể danh lam thắng cảnh động Nhị - Tam Thanh được xếp hạng di tích Quốc gia từ năm 1962, là điểm đến du lịch tâm linh và văn hóa tiêu biểu của tỉnh Lạng Sơn, thu hút hơn 529.392 lượt khách tham quan vào năm 2018. Trọng tâm cảnh quan của di tích là dòng suối Ngọc Tuyền với tổng chiều dài 1.050 mét, bắt nguồn từ hồ Phai Ngậu (xã Hoàng Đồng), chảy ngầm uốn lượn 364 mét qua lòng động Nhị Thanh trước khi đổ ra sông Kỳ Cùng. Tuy nhiên, cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng của thành phố Lạng Sơn, dòng suối đang phải tiếp nhận trực tiếp khoảng 193,7 mét khối nước thải mỗi ngày đêm từ hơn 605 hộ dân sinh sống ven bờ mà không qua hệ thống xử lý hoàn chỉnh. Thực trạng này khiến nước suối vào mùa khô đổi sang màu đen sẫm, bốc mùi hôi nồng nặc và tích tụ bùn rác trong lòng hang động karst.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường của tác giả Trần Tiến Công, dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư Vương Văn Quỳnh tại Trường Đại học Lâm nghiệp (2019), tập trung giải quyết bài toán cấp bách về kiểm soát ô nhiễm nước mặt tại khu vực di tích. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là điều tra, định lượng các nguồn thải dân sinh và chăn nuôi, quan trắc biến động chất lượng nước theo không gian từ thượng lưu đến hạ lưu và theo thời gian (mùa mưa, mùa khô, mùa lễ hội), từ đó thiết lập các giải pháp công nghệ và quản lý khả thi. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc khôi phục môi trường thủy sinh, đưa các thông số ô nhiễm về ngưỡng cho phép của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2), góp phần bảo tồn giá trị di sản và phát triển du lịch bền vững cho thành phố Lạng Sơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tự làm sạch của nguồn nước mặt tự nhiên và lý thuyết cân bằng vật chất trong lưu vực thủy văn. Hệ thống sông suối có khả năng phân hủy chất hữu cơ nhờ quá trình oxy hóa sinh hóa của vi sinh vật hiếu khí, tuy nhiên khả năng này bị triệt tiêu khi tải lượng chất thải vượt quá khả năng chịu tải môi trường. Bên cạnh đó, luận văn tích hợp mô hình đánh giá tải lượng ô nhiễm phân tán từ khu dân cư đô thị và chất thải chăn nuôi gia súc, tham chiếu các nguyên lý quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo định hướng của UNESCO và Hiến chương Môi trường Châu Âu.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được vận dụng xuyên suốt đề tài bao gồm: Oxy hòa tan (DO) - thước đo mức độ duy trì sự sống thủy sinh; Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và Nhu cầu oxy hóa học (COD) - chỉ số phản ánh hàm lượng các hợp chất hữu cơ dễ và khó phân hủy sinh học; Tổng chất rắn lơ lửng (TSS); Amoni (NH4+) và Phosphat (PO43-) - các hợp chất dinh dưỡng gây hiện tượng phú dưỡng hóa; cùng chỉ thị vi sinh Coliform phản ánh mức độ nhiễm khuẩn từ chất thải bài tiết của người và động vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hệ thống dữ liệu sơ cấp được thu thập qua điều tra thực địa, lấy mẫu quan trắc phân tích trong phòng thí nghiệm kết hợp kế thừa dữ liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 2014 - 2018. Cỡ mẫu điều tra xã hội học bao gồm 60 phiếu phỏng vấn ngẫu nhiên các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh tại 5 khối dân cư (khối 2, 6, 7, 8, 11 thuộc phường Tam Thanh và khu vực hồ Phai Ngậu thuộc xã Hoàng Đồng) nhằm kiểm kê lưu lượng xả thải và hiện trạng công trình tự hoại.

Mạng lưới quan trắc chất lượng nước được thiết lập gồm 4 vị trí lấy mẫu đại diện theo lát cắt dọc dòng chảy:

  • Điểm NM2: Khu vực hồ Phai Ngậu (điểm thượng lưu, mẫu đối chứng chưa chịu tác động dân cư);
  • Điểm NM3: Điểm nước suối bắt đầu chảy vào ranh giới khu dân cư;
  • Điểm NM4: Điểm cuối dòng chảy qua khu dân cư tập trung;
  • Điểm NM5: Nước suối tại cửa trước động Nhị Thanh trước khi chảy ra sông Kỳ Cùng.

Quy trình lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-1:2011, TCVN 6663-3:2008 và TCVN 6663-5:2009. Các chỉ tiêu pH, DO được đo đạc trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo chuyên dụng; các chỉ tiêu BOD5, TSS, Amoni, Phosphat và Coliform được phân tích tại phòng thí nghiệm theo phương pháp chuẩn độ, trắc phổ và màng lọc. Tần suất quan trắc thực hiện trong 4 đợt đại diện: tháng 11/2018 (mùa khô), tháng 01/2019 (mùa khô sâu), tháng 03/2019 (mùa lễ hội cao điểm) và tháng 04/2019 (đầu mùa mưa). Toàn bộ số liệu được tổng hợp, xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng và đối chiếu trực tiếp với QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kiểm kê nguồn thải xác định tổng lượng nước thải phát sinh đổ vào dòng suối là 193,7 mét khối/ngày đêm, xuất phát từ 285 hộ dân (1.265 nhân khẩu) và 4 hộ chăn nuôi quy mô 30 - 40 con lợn/hộ tại các khối 6, 7, 11 qua 5 cửa xả chính. Lượng nước thải sinh hoạt chiếm ưu thế tuyệt đối với 190,5 mét khối/ngày đêm (chiếm 98,3%), trong khi nước thải chăn nuôi chiếm 3,2 mét khối/ngày đêm nhưng lại mang hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng cực cao.

Thứ hai, chất lượng nước có sự phân hóa không gian sâu sắc. Tại điểm thượng lưu NM2 (hồ Phai Ngậu), nguồn nước đạt độ trong sạch lý tưởng với DO duy trì từ 6,31 đến 7,61 mg/l, BOD5 chỉ dao động từ 4,4 đến 5,9 mg/l (đạt chuẩn A2). Tuy nhiên, sau khi tiếp nhận nước thải dân sinh tại NM3, NM4 và NM5, nồng độ ô nhiễm tăng vọt: DO tại NM5 tụt giảm xuống mức báo động chỉ còn 2,67 - 3,62 mg/l (thấp hơn ngưỡng tối thiểu 5 mg/l), BOD5 tăng lên 14,7 - 16,2 mg/l (vượt chuẩn A2 từ 2,45 đến 2,70 lần), COD đạt mức 17,5 - 19,5 mg/l (vượt chuẩn 1,16 - 1,30 lần).

Thứ ba, hàm lượng các chất dinh dưỡng và vi sinh tại điểm NM4 và NM5 ở mức rất cao trong mùa khô. Amoni (NH4+) tại NM4 chạm ngưỡng 1,27 mg/l và tại NM5 lên tới 1,36 mg/l vào tháng 01/2019, vượt quy chuẩn cho phép đến 4,53 lần. Chỉ số Coliform tại cửa động Nhị Thanh duy trì từ 6.863 đến 7.510 MPN/100ml trong toàn bộ các đợt đo mùa khô, vượt quy chuẩn từ 1,37 đến 1,50 lần.

Thứ tư, biến động theo mùa thể hiện rõ rệt: nồng độ ô nhiễm đạt đỉnh vào tháng 1 (mùa khô kiệt) và tháng 3 (thời điểm diễn ra lễ hội truyền thống thu hút hàng trăm nghìn lượt khách), sau đó giảm đáng kể vào tháng 4 khi lưu lượng dòng chảy mùa mưa bắt đầu gia tăng, giúp pha loãng các chất ô nhiễm.

Thảo luận kết quả

Các kết quả phân tích có thể được mô tả trực quan thông qua đồ thị đường biểu diễn sự sụt giảm oxy hòa tan DO và biểu đồ cột so sánh nồng độ BOD5, Amoni, Coliform giữa 4 vị trí quan trắc. Biểu đồ cho thấy một đường dốc ô nhiễm tăng dần từ thượng nguồn về hạ lưu. Nguyên nhân căn bản của hiện tượng này là do hệ thống thoát nước tại khối 6 (ngõ 5 đường Tam Thanh, đường Ngô Thì Sỹ) là cống hở không nắp đậy, nước thải sau bể tự hoại 2 - 3 ngăn vẫn chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ hòa tan cao. Đối với các hộ chăn nuôi lợn, dù đã trang bị hầm biogas nhưng công nghệ xử lý kỵ khí đơn thuần không thể loại bỏ triệt để Nitơ (trong đó Amoni chiếm 80 - 90% tổng Nitơ) và Phosphat, khiến dòng thải đổ thẳng vào suối gây hiện tượng phân hủy kỵ khí, tạo màu đen và khí H2S bốc mùi hôi thối.

Về mặt thủy văn, lưu lượng dòng chảy suối Ngọc Tuyền vào mùa kiệt chỉ đạt 0,009 mét khối/giây, thấp hơn gần 7 lần so với lưu lượng mùa lũ (0,062 mét khối/giây). Lưu lượng quá nhỏ trong lòng hang động kín khiến khả năng xáo trộn, tái sục khí tự nhiên bị triệt tiêu hoàn toàn. Tình trạng này tương đồng với các nghiên cứu ô nhiễm nước mặt tại lưu vực sông Đồng Nai hay kênh Tham Lương (TP. Hồ Chí Minh), khẳng định rằng nếu không có công trình tách dòng và xử lý nước thải đô thị phân tán, các dòng chảy nhỏ đi qua di tích lịch sử sẽ nhanh chóng biến thành những mương thoát nước lộ thiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm, khôi phục cảnh quan suối Ngọc Tuyền đoạn qua động Nhị - Tam Thanh, các giải pháp hành động cụ thể được kiến nghị như sau:

  • Xây dựng tuyến cống bao thu gom riêng biệt nước thải sinh hoạt cho 285 hộ dân tại các khối 6, 7 và 11 thuộc phường Tam Thanh, tách hoàn toàn nước thải ra khỏi lòng suối Ngọc Tuyền. Mục tiêu cắt giảm 100% lượng nước thải xả trực tiếp (190,5 mét khối/ngày đêm), đưa chỉ số BOD5 và COD về dưới giới hạn chuẩn A2 trong lộ trình thực hiện từ năm 2019 đến năm 2021. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân thành phố Lạng Sơn chủ trì, phối hợp Sở Xây dựng và Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng thành phố.
  • Ứng dụng công nghệ xử lý nước thải và bùn đáy sinh học tiên tiến tại vị trí cửa sau hang Nhị Thanh, nghiên cứu lắp đặt hệ sinh thái module Johkasou hoặc chế phẩm vi sinh IDRABEL nhằm phân hủy bùn hữu cơ đáy suối, khử mùi phát sinh và nâng nồng độ DO lên trên 5,0 mg/l trong vòng 12 tháng vận hành. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Khu di tích danh thắng Nhị - Tam Thanh phối hợp với Trung tâm Ứng dụng tiến bộ Khoa học và Công nghệ tỉnh Lạng Sơn.
  • Thực hiện lộ trình di dời hoặc chấm dứt hoạt động 4 cơ sở chăn nuôi lợn trong khu dân cư khối 6 ra khỏi vùng bảo vệ di tích trước quý IV năm 2020; yêu cầu 100% các cơ sở dịch vụ ăn uống lắp đặt bẫy tách dầu mỡ sơ cấp. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân phường Tam Thanh phối hợp Phòng Kinh tế và Trạm Thú y thành phố.
  • Tăng cường kiểm soát môi trường du lịch mùa lễ hội bằng việc bổ sung 15 đến 20 thùng rác composite có nắp đậy phân loại rác dọc tuyến tham quan hang động 364 mét, nâng cấp 02 cụm nhà vệ sinh công cộng đạt chuẩn, xử phạt nghiêm các hành vi vứt rác theo Nghị định về bảo vệ môi trường, hướng tới giảm thiểu 90% rác thải rắn phát sinh trôi vào suối. Chủ thể thực hiện: Đội Kiểm tra trật tự đô thị thành phố phối hợp Ban Quản lý di tích.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên, môi trường và đô thị: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Lạng Sơn có thể sử dụng số liệu kiểm kê nguồn thải và mô hình tính toán thủy lực để xây dựng đề án bảo vệ môi trường lưu vực suối đô thị, lập quy hoạch thoát nước và quản lý chất lượng nước mặt địa phương.
  • Ban quản lý di tích và các tổ chức phát triển du lịch: Cán bộ quản lý tại quần thể Nhị - Tam Thanh và các khu du lịch hang động trên toàn quốc có thể tham khảo phương pháp kiểm soát ô nhiễm nước trong địa hình karst, thiết kế hệ thống vệ sinh du lịch không làm biến đổi cấu trúc tự nhiên của danh thắng.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Môi trường: Luận văn là tài liệu tham khảo điển hình về phương pháp thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng nước theo lát cắt thủy văn từ thượng nguồn qua khu dân cư đô thị, kỹ thuật phân tích chỉ tiêu hóa lý - vi sinh và phương pháp đánh giá tải lượng xả thải.
  • Các công ty tư vấn thiết kế và công nghệ môi trường: Các kỹ sư môi trường có thể khai thác các thông số đặc tính nước thải sinh hoạt và chăn nuôi thực tế để lựa chọn module xử lý phân tán, trạm xử lý nước thải hợp khối phù hợp với các đô thị miền núi có quỹ đất hạn chế.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chủ yếu khiến nước suối Ngọc Tuyền đoạn qua động Nhị Thanh bị đen và có mùi hôi là gì?
Dòng suối tiếp nhận trực tiếp khoảng 193,7 mét khối nước thải mỗi ngày đêm từ 285 hộ dân và 4 cơ sở nuôi lợn qua 5 cửa xả chưa được xử lý đạt chuẩn. Khi chảy vào lòng hang kín với lưu lượng mùa kiệt chỉ 0,009 mét khối/giây, quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra mạnh khiến oxy hòa tan tụt xuống 2,67 mg/l và phát sinh mùi hôi nồng.

Chất lượng nước suối biến động như thế nào theo các mùa trong năm?
Nồng độ ô nhiễm tập trung cao nhất vào mùa khô (tháng 11 đến tháng 1) khi lưu lượng suối cạn kiệt, khiến Amoni vượt 4,53 lần và BOD5 vượt 2,70 lần chuẩn A2. Đến mùa mưa (tháng 4), lưu lượng dòng chảy tăng lên đạt tới 0,062 mét khối/giây, giúp tăng cường trao đổi khí và pha loãng đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm.

Hoạt động du lịch tại di tích Nhị - Tam Thanh tác động như thế nào đến nguồn nước suối?
Hàng năm di tích đón trên 529.392 lượt khách, đặc biệt cao điểm vào tháng 3 mùa lễ hội. Lượng khách tập trung đông kết hợp với hệ thống nhà vệ sinh và thùng rác chưa đồng bộ dẫn đến phát sinh lượng lớn rác thải, làm chỉ số vi sinh Coliform trong nước suối tăng cao, đạt mức 7.510 MPN/100ml.

Tại sao nước tại hồ Phai Ngậu đạt chuẩn nhưng khi qua khu dân cư lại ô nhiễm nghiêm trọng?
Hồ Phai Ngậu (điểm NM2) là vùng thượng nguồn, mật độ dân cư thưa thớt nên nước suối giữ được trạng thái tự nhiên với DO đạt 7,61 mg/l. Khi chảy qua 1.050 mét lòng suối đi qua các khối 6, 7, 11, suối phải tiếp nhận liên tục nước xả sinh hoạt và chăn nuôi, làm mất khả năng tự làm sạch.

Công nghệ nào được đánh giá là tối ưu để xử lý nước suối ô nhiễm trong lòng động Nhị Thanh?
Đề tài định hướng giải pháp kết hợp giữa tách dòng nước thải sinh hoạt bằng cống bao ngoài hang và xử lý nền đáy bằng chế phẩm vi sinh sinh học IDRABEL hoặc hệ thống Johkasou phân tán. Giải pháp này giúp loại bỏ bùn cặn hữu cơ, phục hồi chỉ số DO trên 5,0 mg/l mà không gây tác động cơ học đến cấu trúc thạch nhũ hang động.

Kết luận

  • Công trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ hiện trạng ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh trên dòng suối Ngọc Tuyền đoạn qua di tích quốc gia động Nhị - Tam Thanh, thành phố Lạng Sơn.
  • Đề tài đã định lượng chính xác tải lượng xả thải 193,7 mét khối/ngày đêm từ 285 hộ dân sinh sống tại các khối 6, 7, 11 và 4 trại chăn nuôi gia súc dọc chiều dài 1.050 mét của dòng suối.
  • Nghiên cứu đã chứng minh quy luật biến đổi chất lượng nước theo không gian dòng chảy và sự tương quan nghịch giữa nồng độ ô nhiễm với lưu lượng thủy văn theo mùa khô và mùa mưa.
  • Đóng góp hệ thống giải pháp kỹ thuật công nghệ phân tán kết hợp quản lý quy hoạch đô thị có tính khả thi cao, phù hợp điều kiện địa hình hang động karst.
  • Thiết lập lộ trình hành động chi tiết giai đoạn 2019 - 2022 giúp cơ quan chức năng địa phương triển khai đồng bộ các biện pháp xử lý.

Các cơ quan quản lý đô thị và chính quyền thành phố Lạng Sơn cần nhanh chóng phê duyệt dự án xây dựng hệ thống cống tách nước thải sinh hoạt, di dời các điểm chăn nuôi và ứng dụng công nghệ vi sinh để trả lại dòng suối Ngọc Tuyền trong xanh, bảo tồn toàn vẹn di tích danh thắng Nhị - Tam Thanh cho các thế hệ mai sau.