Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình xử lý nước và tạo cảnh quan sinh thái bằng hệ thống thực vật thủy sinh cho một số hồ tại thành phố Hải Phòng (13/04/2026)

Các hồ điều hòa đô thị là tài sản sinh thái và xã hội không thể thay thế. Với vai trò thiết yếu trong điều tiết thủy văn, duy trì đa dạng sinh học, điều hòa vi khí hậu và cung cấp không gian công cộng, các hồ đô thị được quy hoạch là hạ tầng xanh cốt lõi của đời sống đô thị. Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa nhanh chóng, thường đi trước một bước so với hạ tầng xử lý nước thải, đã biến các thủy vực này thành nơi tiếp nhận cuối cùng của cả nguồn thải điểm, nước thải sinh hoạt, công nghiệp chưa qua xử lý lẫn nguồn thải không điểm là dòng chảy tràn bề mặt đô thị. Hệ quả là một sự suy thoái toàn diện về chức năng sinh thái, biểu hiện qua phú dưỡng, mất cân bằng sinh học, ô nhiễm mùi, suy giảm cảnh quan và tiềm ẩn các rủi ro về sức khỏe cộng đồng.

Tại thành phố Hải Phòng - một trung tâm kinh tế ven biển năng động, bài toán ô nhiễm hồ đô thị còn trở nên phức tạp hơn bởi các yếu tố đặc thù địa phương. Hệ thống hồ điều hòa của thành phố không chỉ chịu áp lực từ các nguồn thải đô thị mà còn chịu sự chi phối mạnh mẽ của chế độ thủy triều. Sự tương tác này tạo ra một cơ chế "tái ô nhiễm" phức tạp, nơi hoạt động vận hành của các cống ngăn triều và trạm bơm có thể vô tình đưa nguồn nước ô nhiễm từ các kênh mương bên ngoài ngược trở lại hồ, hoặc khuấy động lớp trầm tích giàu dinh dưỡng tích tụ lâu năm, tạo thành một vòng lặp ô nhiễm luẩn quẩn và khó kiểm soát. Quan trắc thực tế tại các hồ trọng điểm như hồ Phương Lưu, hồ Sen và hồ Tiên Nga cho thấy các chỉ số chất lượng nước thường xuyên ở mức "Xấu" đến "Rất xấu" theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2023/BTNMT.

Đối mặt với thách thức này, các can thiệp kỹ thuật truyền thống như nạo vét cơ học hay sử dụng chế phẩm hóa-sinh thường chỉ mang tính xử lý triệu chứng, đơn mục tiêu, tiêu tốn nhiều tài nguyên và thiếu tích hợp các giá trị cảnh quan, sinh thái và xã hội. Bối cảnh đó đòi hỏi một sự chuyển dịch về mô hình can thiệp, hướng tới các "giải pháp dựa vào tự nhiên" (Nature-based Solutions - NbS), trong đó công nghệ "đất ngập nước nổi nhân tạo" (Constructed Floating Wetlands - CFWs) sử dụng hệ thống bè nổi trồng thực vật thủy sinh để xử lý ô nhiễm tại chỗ, được đánh giá là một trong những ứng dụng tiêu biểu và hiệu quả nhất. Tuy nhiên, mặc dù tiềm năng của CFWs đã được chứng minh trên toàn cầu, việc ứng dụng và tối ưu hóa công nghệ này trong bối cảnh thủy văn đặc thù của Hải Phòng vẫn là một khoảng trống khoa học và thực tiễn đáng kể.

Từ thực tiễn đó, nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp thành phố "Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình xử lý nước và tạo cảnh quan sinh thái bằng hệ thống thực vật thủy sinh cho một số hồ tại thành phố Hải Phòng" đã được triển khai thực hiện từ tháng 4/2024 đến tháng 4/2026, do Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam chủ trì, với ThS. Nguyễn Văn Bách làm chủ nhiệm nhiệm vụ.

Thi công và lắp đặt hệ thống hố ủ phân hữu cơ.

Nghiên cứu tiến hành đánh giá hiện trạng môi trường ba hồ điều hòa trọng điểm. Giai đoạn đầu của nhiệm vụ tập trung xây dựng bộ cơ sở dữ liệu toàn diện về hiện trạng chất lượng môi trường nước, trầm tích và sinh thái tại ba hồ nghiên cứu: hồ Phương Lưu, hồ Sen và hồ Tiên Nga. Các chiến dịch quan trắc được thực hiện theo cả mùa mưa và mùa khô trong năm 2024, tại nhiều điểm thu mẫu đại diện trên mỗi hồ.

Kết quả đánh giá cho thấy cả ba hồ đều bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ và dinh dưỡng. Chỉ số chất lượng nước tương đối (ReWQI) tại các hồ phần lớn rơi vào ngưỡng đáng lo ngại. Hàm lượng BOD, COD, tổng Nitơ và tổng Phốt pho thường xuyên vượt ngưỡng cho phép. Phân tích trầm tích bề mặt cũng cho thấy sự tích lũy đáng kể Nitơ và Phốt-pho. Đây là nguồn ô nhiễm nội sinh tiềm tàng, có thể giải phóng ngược vào cột nước khi điều kiện môi trường thay đổi.

Một phát hiện khoa học quan trọng của nhiệm vụ là việc làm rõ cơ chế "tái ô nhiễm" đặc thù tại Hải Phòng: hoạt động vận hành cống ngăn triều theo chế độ thủy triều tạo ra các đợt nước ô nhiễm từ kênh Đông Khê và hệ thống thoát nước bên ngoài xâm nhập ngược vào hồ. Tính toán tải lượng tại hồ Tiên Nga cho thấy nguồn từ kênh dẫn Đông Khê đóng góp tới hơn 99% tổng tải lượng ô nhiễm đầu vào (BOD, COD, TN, TP), trong khi nước mưa chảy tràn chỉ chiếm phần còn lại không đáng kể - một kết quả định lượng có giá trị trực tiếp cho việc thiết kế giải pháp can thiệp.

Về hệ sinh thái, điều tra thực vật phù du ghi nhận hàng chục loài tảo, trong đó có nhiều loài tảo lam có khả năng gây độc hại, phản ánh tình trạng phú dưỡng nghiêm trọng và nguy cơ bùng phát tảo độc tại các hồ.

Nghiên cứu thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm và lựa chọn thực vật thủy sinh, trước khi triển khai ngoài thực địa, nhóm nghiên cứu thực hiện thí nghiệm quy mô 1m³ nước hồ Tiên Nga tại phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng thích ứng, sinh trưởng và hiệu suất xử lý của năm loài thực vật thủy sinh tiềm năng, gồm thủy trúc (Cyperus alternifolius), chuối hoa (Canna generalis), bách thủy tiên (Echinodorus cordifolius), lục bình và bèo Nhật (Pistia stratiotes).

Kết quả thí nghiệm phân loại rõ ràng hai nhóm thực vật. Nhóm vươn lên mặt nước, đặc biệt là thủy trúc và chuối hoa chứng tỏ sự vượt trội toàn diện: sinh trưởng mạnh mẽ và bền vững trong môi trường ô nhiễm, đạt hiệu suất xử lý cao nhất đối với cả chất hữu cơ (BOD₅, COD) và dinh dưỡng (TN, TP, Amoni), đồng thời mang lại giá trị cảnh quan ổn định với hoa và tán lá đẹp. Đặc biệt, thủy trúc là loài duy nhất trong thí nghiệm thành công đưa nồng độ Tổng Nitơ (TN) về mức đạt QCVN 08:2023/BTNMT. Ngược lại, nhóm thực vật nổi tự do như lục bình và bèo Nhật tuy có hiệu quả xử lý ban đầu nhưng sinh trưởng không ổn định, dễ suy thoái và tiềm ẩn nguy cơ gây mất mỹ quan. Từ đó, thủy trúc và chuối hoa được chọn là hai loài chủ lực cho mô hình trình diễn thực địa.

Việc triển khai mô hình trình diễn "Cánh phượng vươn xa" tại hồ Tiên Nga là nội dung cốt lõi và mang tính đột phá nhất của nhiệm vụ. Dựa trên kết quả thí nghiệm và tính toán tải lượng ô nhiễm, nhóm nghiên cứu thiết kế và triển khai hai hệ thống bè nổi "Cánh phượng vươn xa" tại hồ Tiên Nga. Tên gọi và hình tượng hoa phượng đỏ - biểu tượng văn hóa của Hải Phòng được lồng ghép có chủ đích vào thiết kế kiến trúc nhằm tạo sự gắn kết với cộng đồng địa phương.

Mỗi hệ thống gồm một cụm 6 bè tròn liên kết (5 bè vệ tinh và 1 bè trung tâm), với tổng đường kính cụm khoảng 15-20m. Kết cấu nổi làm bằng nhựa HDPE siêu bền, mật độ trồng cây từ 50-80 cây/bè với hai loài chủ lực là thủy trúc và chuối hoa. Mô hình tích hợp các công nghệ xanh như đèn chiếu sáng, camera an ninh và bơm tuần hoàn chạy bằng năng lượng mặt trời. Đặc biệt, mô hình áp dụng nguyên lý kinh tế tuần hoàn: sinh khối thực vật thu hoạch định kỳ được đưa vào hệ thống hố ủ phân hữu cơ, sau đó tái sử dụng làm phân bón cho tháp hoa hữu cơ đặt ven hồ, tạo một chu trình vật chất khép kín theo hướng "zero-waste".

Sau 5 tháng vận hành với 15 đợt quan trắc liên tiếp tại 5 vị trí trên hồ, kết quả cho thấy, mô hình tạo ra hiệu quả xử lý nước rõ rệt ở khu vực đặt bè so với khu vực đối chứng. Nhiệt độ nước tại khu vực có bè thấp hơn khoảng 0,43°C; pH ổn định và ít biến động hơn so với các điểm đối chứng đã có lúc vượt ngưỡng an toàn (pH: 9,15); độ đục trung bình thấp hơn đáng kể (21,16 NTU so với 30,42 NTU) và đặc biệt bền vững trước các biến động mưa lớn. Nồng độ BOD₅ và COD tại khu vực xử lý thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với đối chứng. Hàm lượng các chất dinh dưỡng (Amoni, Nitrit, Nitrat, TN, TP) đều có xu hướng giảm tại các điểm xử lý. Chỉ số chất lượng nước (WQI) tại hồ Tiên Nga sau khi triển khai mô hình đã được cải thiện rõ rệt so với năm 2024. Bên cạnh các hiệu quả về môi trường, mô hình tạo ra điểm nhấn thẩm mỹ đô thị ấn tượng, được người dân và các cơ quan quản lý đánh giá cao.

Khảo sát xã hội học với 106 người dân sống quanh hồ Tiên Nga cho thấy mức độ hài lòng và ủng hộ cao đối với mô hình. Đặc biệt, phân tích hồi quy đa biến cung cấp một phát hiện khoa học quan trọng: mức độ hài lòng của người dân có tương quan ý nghĩa thống kê mạnh nhất với các biến số "ảnh hưởng cảnh quan" và "ảnh hưởng xã hội", chứ không phải hiệu quả kỹ thuật môi trường đơn thuần. Điều này khẳng định rằng tích hợp giá trị thẩm mỹ và chức năng xã hội vào thiết kế là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo thành công bền vững cho các dự án phục hồi sinh thái đô thị.

Dựa trên thành công tại hồ Tiên Nga, nhóm nghiên cứu đã xây dựng phương án đề xuất mô hình xử lý phù hợp cho hồ Phương Lưu và hồ Sen, có tính đến bối cảnh thủy văn và điều kiện quản lý đặc thù của từng hồ, thể hiện tư duy "không có một mô hình cho tất cả" trong thiết kế giải pháp nhân rộng.

Từ những nghiên cứu trên, nhiệm vụ cũng xây dựng một khung giải pháp đồng bộ để thúc đẩy nhân rộng mô hình, bao gồm giải pháp hoàn thiện cơ chế chính sách, giải pháp khoa học kỹ thuật và giải pháp quản lý. Nổi bật trong số đó là đề xuất xây dựng bộ định mức kinh tế - kỹ thuật đặc thù cho "hạ tầng xanh", hiện đang là rào cản lớn khiến các giải pháp dựa vào tự nhiên khó cạnh tranh nguồn lực với hạ tầng kỹ thuật truyền thống. Đồng thời, nhiệm vụ kiến nghị thiết lập cơ chế quản lý liên ngành và ứng dụng công nghệ số (IoT/AI) để chuyển từ quản lý hồ thụ động sang chủ động dự báo và cảnh báo sớm ô nhiễm.

Kết quả nghiên cứu đề tài lần đầu tiên đã định lượng và làm rõ các cơ chế ô nhiễm phức hợp đặc thù của hồ đô thị tại Hải Phòng, đặc biệt là cơ chế "tái ô nhiễm" theo chế độ thủy triều, một phát hiện có giá trị lý luận quan trọng cho công tác quản lý hồ điều hòa ven biển. Nhiệm vụ cũng cung cấp bằng chứng thực nghiệm vững chắc về hiệu quả của thủy trúc và chuối hoa trong xử lý nước hồ đô thị, và đặc biệt chứng minh bằng dữ liệu xã hội học rằng yếu tố cảnh quan và xã hội là nhân tố quyết định sự chấp thuận của cộng đồng đối với các dự án phục hồi sinh thái.

Về mặt thực tiễn, hai mô hình trình diễn "Cánh phượng vươn xa" tại hồ Tiên Nga đã trở thành điểm tham chiếu trực quan và khả thi cho các nhà quản lý. Kết quả nghiên cứu được cụ thể hóa qua hệ thống báo cáo chuyên đề, hai bài báo khoa học trên tạp chí quốc gia và đóng góp thiết thực vào đào tạo sau đại học trong lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường. Từ những kết quả này, đề tài kiến nghị tiếp tục nhân rộng mô hình sang hồ Sen và hồ Phương Lưu, đồng thời thể chế hóa các giải pháp dựa vào tự nhiên vào quy hoạch đô thị Hải Phòng, hướng tới mục tiêu đưa hệ thống hồ điều hòa trở lại vai trò là "lá phổi xanh" và không gian công cộng có giá trị của thành phố Cảng.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ thông tin và truyền thông Hải Phòng./.