Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khai thác khoáng sản kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp nặng, đặc biệt là ngành luyện kim. Tuy nhiên, hoạt động khai thác mỏ lộ thiên và chế biến tuyển rửa quặng thường phát sinh những tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh, trong đó ô nhiễm môi trường nước mặt là vấn đề phức tạp và khó kiểm soát. Tỉnh Cao Bằng là địa bàn miền núi biên giới phía Bắc có lịch sử phát triển địa chất lâu dài, sở hữu nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng với 142 mỏ và điểm quặng thuộc 22 loại khoáng sản khác nhau (như sắt, mangan, thiếc, bauxit, chì - kẽm, vonfram).

Mỏ sắt Ngườm Cháng (thuộc Chi nhánh Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên) nằm trên địa bàn xóm Doanh Sỹ, xã Dân Chủ, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng. Mỏ hoạt động theo phương thức khai thác lộ thiên và tuyển rửa quặng để cung cấp nguyên liệu cho Khu Gang thép Thái Nguyên. Hoạt động này tạo ra công ăn việc làm và đóng góp vào kinh tế địa phương, nhưng đồng thời làm phát sinh lượng lớn nước thải tuyển quặng, bùn thải và nước mưa chảy tràn qua bãi thải đất đá, moong khai thác. Nguồn thải có nguy cơ gây đục, bồi lắng và làm biến đổi chất lượng nguồn nước mặt tiếp nhận (lưu vực sông Bằng Giang và hệ thống khe suối lân cận), ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp của người dân. Trước thực trạng đó, đề tài "Đánh giá ảnh hưởng của hoạt động khoáng sản đến môi trường nước mặt tại Mỏ Sắt Ngườm Cháng, xã Dân Chủ, Huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng" được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 3 nội dung:

  1. Đánh giá tình hình khai thác quặng sắt tại mỏ sắt Ngườm Cháng, xã Dân Chủ, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng trong những năm vừa qua.
  2. Đánh giá các ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng tới môi trường nước mặt tại khu vực nghiên cứu.
  3. Đề xuất các giải pháp phòng ngừa, khắc phục các tác động tiêu cực của hoạt động khai thác mỏ sắt đến môi trường nước mặt trên địa bàn xã Dân Chủ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tác động của hoạt động khai thác quặng sắt đến môi trường nước mặt tại khu vực mỏ sắt.
  • Phạm vi không gian: Khu vực mỏ sắt Ngườm Cháng và khu dân cư xóm Doanh Sỹ, xã Dân Chủ, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 01/2014 đến tháng 04/2014; hoạt động lấy mẫu và quan trắc nước mặt thực địa được tiến hành vào tháng 03/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập cơ sở lý luận dựa trên các khái niệm chuyên ngành về tài nguyên nước ngọt, cơ chế hình thành dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm trong cấu trúc địa chất karst, cùng bản chất và nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước (ô nhiễm tự nhiên do xói mòn, lũ lụt và ô nhiễm nhân tạo từ sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và khai khoáng). Đối với hoạt động khai thác khoáng sản, tài liệu tập trung làm rõ nguồn phát sinh ô nhiễm chính từ công đoạn rửa quặng, nước mưa chảy tràn cuốn theo bùn đất mịn và kim loại nặng đổ ra hệ thống thủy vực tự nhiên.

Hệ thống cơ sở pháp lý được sử dụng bao gồm:

  • Các luật chuyên ngành: Luật Tài nguyên nước năm 1998; Luật Khoáng sản năm 1996 và Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Khoáng sản năm 2005.
  • Các nghị định của Chính phủ: Nghị định số 179/1999/NĐ-CP, Nghị định số 149/2004/NĐ-CP (cấp phép thăm dò, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, xả nước thải), Nghị định số 34/2005/NĐ-CP (xử phạt vi phạm hành chính về tài nguyên nước), Nghị định số 160/2005/NĐ-CP (hướng dẫn thi hành Luật Khoáng sản), Nghị định số 102/2008/NĐ-CP, Nghị định số 112/2008/NĐ-CP, Nghị định số 120/2008/NĐ-CP (quản lý lưu vực sông).
  • Quyết định và Thông tư hướng dẫn: Quyết định số 81/2006/QĐ-TTg; Thông tư số 02/2005/TT-BTNMT, 05/2005/TT-BTNMT, 02/2009/TT-BTNMT, 15/2009/TT-BTNMT, 20/2009/TT-BTNMT, 21/2009/TT-BTNMT; các Quyết định số 17/2006/QĐ-BTNMT, 13/2007/QĐ-BTNMT, 14/2007/QĐ-BTNMT, 15/2008/QĐ-BTNMT, Quyết định số 769/QĐ-BTNMT; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT về chất lượng nước mặt.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ qua các kỹ thuật:

  • Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: Tiếp nhận báo cáo thống kê điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ UBND xã Dân Chủ, tài liệu kỹ thuật về công nghệ khai thác, sản lượng, định mức nhiên liệu từ Ban điều hành Mỏ sắt Ngườm Cháng, và các văn bản quản lý nhà nước tại địa phương.
  • Phương pháp điều tra, phỏng vấn xã hội học: Khảo sát trực tiếp bằng phiếu điều tra phát ngẫu nhiên cho 20 hộ gia đình sinh sống tại xóm Doanh Sỹ (địa bàn chịu ảnh hưởng trực tiếp từ mỏ) nhằm ghi nhận ý kiến về chất lượng nước sinh hoạt, tình trạng sức khỏe và công tác quản lý môi trường.
  • Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích trong phòng thí nghiệm: Lấy mẫu tại 2 vị trí trọng điểm: Hồ lắng quặng của mỏ và Nước mặt sông/khe tiếp nhận nước thải sau hồ lắng. Mẫu được lấy ở tầng nước sâu từ 20 đến 40 cm theo tiêu chuẩn TCVN 5996-1995 (nước sông, suối) và TCVN 5993-2005 (ao hồ). Mẫu được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4 - 6°C và phân tích các thông số trong vòng 3 ngày.
Thông số phân tích Phương pháp / Tiêu chuẩn áp dụng
pH TCVN 6492:2011
Oxy hòa tan (DO) TCVN 5499:1995
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD₅) TCVN 6001:2008
Nhu cầu oxy hóa học (COD) TCVN 4565:1988
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) SMEWW 2540B
Hàm lượng Sắt (Fe) TCVN 6177:1996
Hàm lượng Chì (Pb) TCCS/PTHH 04:2014
Độ đục Phương pháp đo quang / chuẩn độ
  • Phương pháp xử lý dữ liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để tính toán, thống kê, lập bảng biểu và biểu đồ so sánh cơ cấu đất đai, dân số, biến động sản lượng khai thác.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần mở đầu xác định tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh các nguồn tài nguyên khoáng sản kim loại đang được đẩy mạnh khai thác phục vụ nền kinh tế quốc dân nhưng để lại nhiều hệ lụy cho môi trường sinh thái. Tác giả trình bày rõ ràng mục đích, 3 yêu cầu cụ thể đối với nghiên cứu thực địa, cùng ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc cung cấp số liệu hiện trạng cho công tác quản lý nhà nước và xây dựng chính sách bảo vệ môi trường tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng hợp các kiến thức nền tảng về tài nguyên nước toàn cầu và nước mặt tại Việt Nam; phân tích vai trò của nước đối với nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, hóa chất và đời sống. Tác giả phân loại chi tiết các nguồn gây ô nhiễm nước mặt (nước thải sinh hoạt, đô thị, công nghiệp, y tế, nông - ngư nghiệp và khai thác khoáng sản).

Phần tổng quan phân tích sâu bức tranh khoáng sản tỉnh Cao Bằng với 142 mỏ và điểm quặng. Tổng trữ lượng quặng sắt magnetit-skarn toàn tỉnh ước tính khoảng 56,476 triệu tấn (cấp A+B: 16,39 triệu tấn; C1+C2: 37,98 triệu tấn; tài nguyên dự báo: 2,1 triệu tấn) phân bố tại 15 mỏ/điểm quặng (như Ngườm Cháng, Nà Rụa, Bản Lũng, Bản Chang...). Bên cạnh đó là tiềm năng lớn về mangan (trữ lượng ~8.380 tấn), bauxit (trữ lượng B+C1+C2 đạt 81,2 triệu tấn, tài nguyên dự báo 164,5 triệu tấn), thiếc - vonfram vùng Pia Oắc - Tĩnh Túc, chì - kẽm, vàng, fluorit, phosphorit và đá vôi xây dựng. Tác giả chỉ rõ các hạn chế tồn tại của ngành khoáng sản Cao Bằng: công nghệ thăm dò lạc hậu, khai thác manh mún gây cạn kiệt tài nguyên và thiếu đánh giá chuyên sâu về tác động môi trường.

Nhóm khoáng sản chính tại Cao Bằng Trữ lượng (A+B+C1+C2) Đơn vị tính
Than nâu 10 10³ tấn
Urani 196 Tấn
Sắt 48.000+ 10³ tấn
Bauxit 81.200 10³ tấn
Chì - kẽm 81.302 10³ tấn
Thiếc 40,73 Tấn
Vàng gốc 4.700 kg
Phosphorit 102.000 Tấn
Sét gạch ngói (Tam Trung) 1.000 10³ m³

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương trình bày chi tiết kế hoạch thực hiện tại xã Dân Chủ, huyện Hòa An từ tháng 01 đến tháng 04 năm 2014. Thiết kế nghiên cứu bao gồm việc thu thập hồ sơ địa chính, dữ liệu KT-XH, khảo sát thực địa quy trình công nghệ của mỏ Ngườm Cháng, xác định vị trí lấy mẫu nước tại hồ lắng và sông tiếp nhận, quy trình chuẩn bị thiết bị, bảo quản mẫu và phương pháp phân tích 8 thông số lý - hóa - kim loại theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Chương cũng mô tả chi tiết phương pháp phỏng vấn 20 hộ dân tại xóm Doanh Sỹ.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương kết quả cung cấp bức tranh chi tiết về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Dân Chủ và hoạt động thực tế của mỏ sắt Ngườm Cháng:

  • Hiện trạng tự nhiên, đất đai và dân sinh xã Dân Chủ (năm 2013): Tổng diện tích tự nhiên là 5.571,45 ha; trong đó đất nông nghiệp chiếm 5.208,92 ha (93,49%), đất phi nông nghiệp chiếm 290,69 ha (5,22%), đất chưa sử dụng là 71,93 ha (1,29%). Dân số toàn xã đạt 5.119 người với 1.121 hộ gia đình, gồm 5 dân tộc chính: Tày (64,24%), Nùng (24,86%), Hmông (10,99%), Kinh (0,45%), Dao (1 hộ). Tổng số lao động là 3.383 người, với 93,61% lao động làm việc trong ngành nông nghiệp.
Cơ cấu sử dụng đất xã Dân Chủ (2013) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
Đất sản xuất nông nghiệp (lúa, ngô, thuốc lá...) 668,68 12,00
Đất lâm nghiệp (rừng phòng hộ 4.033,64 ha; rừng SX 504,34 ha) 4.537,98 81,44
Đất nuôi trồng thủy sản 2,26 0,04
Đất phi nông nghiệp (đất ở, chuyên dùng, nghĩa trang, sông suối) 290,69 5,22
Đất chưa sử dụng 71,93 1,29
Tổng diện tích tự nhiên 5.571,45 100,00
  • Hoạt động khai thác tại Mỏ sắt Ngườm Cháng: Mỏ được cấp phép ngày 25/10/2002, khởi công năm 2002, chính thức khai thác từ năm 2004. Trữ lượng quặng khoảng 2.000.000 tấn; công suất thiết kế 177.000 tấn quặng tinh/năm; công suất thực tế đạt khoảng 180.000 tấn/năm. Sản phẩm chính là quặng magnetit có hàm lượng sắt Fe > 62%, cùng 70.000 tấn quặng cám/năm (Fe > 53%) cung cấp cho xưởng thiêu kết của Gang thép Thái Nguyên. Quy trình sản xuất áp dụng công nghệ khai thác lộ thiên: Khoan nổ mìn $\rightarrow$ Xúc bốc (máy xúc) $\rightarrow$ Vận tải ô tô $\rightarrow$ Xưởng tuyển rửa quặng và Bãi thải đất đá. Năm 2011, mỏ khai thác đạt 126.380 tấn quặng tinh (cỡ hạt 0 - 45mm), tiêu thụ 227.000 lít nhiên liệu; 6 tháng đầu năm 2012 khai thác 71.259 tấn quặng tinh, tiêu thụ 201.000 lít nhiên liệu.
  • Đánh giá tác động đến môi trường nước mặt: Nguồn thải chính gồm nước thải sinh hoạt từ khu lán trại công nhân và nước thải sản xuất từ xưởng tuyển rửa quặng chứa hàm lượng bùn đất, chất rắn lơ lửng (TSS) và kim loại sắt rất cao. Nước từ hồ lắng cặn của mỏ khi quá tải hoặc khi có mưa lớn sẽ tràn trực tiếp ra hệ thống sông suối xung quanh (sông Bằng Giang), gây hiện tượng dòng nước đục đỏ, tăng nồng độ TSS, giảm nồng độ oxy hòa tan (DO), ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh và nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp của xóm Doanh Sỹ.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả đánh giá về hiện trạng hoạt động mỏ, cơ chế tác động nguồn thải đến nước mặt; đưa ra các kiến nghị đối với mỏ khoáng sản (gia cố hồ lắng, tuần hoàn nước tuyển), đối với cơ quan quản lý môi trường huyện Hòa An, và đối với cộng đồng dân cư địa phương trong việc giám sát xả thải.


Kết quả và đóng góp

Kết quả chính từ số liệu thực tế

  • Khóa luận đã hệ thống hóa đầy đủ thông số kỹ thuật, quy mô và sản lượng vận hành của Mỏ sắt Ngườm Cháng: trữ lượng ~2.000.000 tấn; công suất thiết kế 177.000 tấn/năm; sản lượng quặng tinh đạt 126.380 tấn (năm 2011) và 71.259 tấn (6 tháng đầu năm 2012); chủng loại sản phẩm quặng magnetit đạt hàm lượng Fe > 62%.
  • Nhận diện chính xác quy trình công nghệ khai thác lộ thiên và sơ đồ phát sinh chất thải: Hoạt động khoan nổ mìn, bóc đất tầng phủ tạo ra bãi thải đất đá dễ bị xói mòn khi mưa; công đoạn tuyển quặng tiêu thụ lượng nước lớn và thải ra dòng thải chứa nồng độ bùn cặn và chất rắn lơ lửng cao vào hồ lắng.
  • Phản ánh thực trạng kinh tế - xã hội địa bàn nghiên cứu: Xã Dân Chủ là khu vực thuần nông với 93,49% diện tích là đất nông - lâm nghiệp và 93,61% lao động nông nghiệp. Do đó, bất kỳ sự suy thoái nào về chất lượng nước mặt từ mỏ Ngườm Cháng đều tác động trực tiếp đến năng suất cây trồng (lúa 404 ha vụ mùa, thuốc lá 300 ha vụ mùa, ngô) và đời sống của 1.121 hộ dân.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Nhóm giải pháp kỹ thuật cho mỏ: Cải tạo, nạo vét định kỳ và mở rộng dung tích hệ thống hồ lắng cặn quặng; xây dựng hệ thống rãnh thu gom nước mưa quanh bãi thải đất đá; áp dụng công nghệ tuần hoàn tái sử dụng nước sau lắng trong khâu tuyển quặng nhằm giảm thiểu lưu lượng xả thải ra môi trường.
  • Nhóm giải pháp quản lý: Ban điều hành mỏ cần quan trắc định kỳ chất lượng nước thải trước khi xả ra sông tiếp nhận; tuân thủ nghiêm túc các quy chuẩn môi trường QCVN 08:2008/BTNMT. UBND huyện Hòa An và Phòng TN&MT cần tăng cường kiểm tra, thanh tra định kỳ việc xả thải và bảo vệ môi trường mỏ.
  • Nhóm giải pháp cộng đồng: Tăng cường truyền thông, nâng cao nhận thức bảo vệ môi trường nước cho công nhân mỏ và người dân địa phương; phát huy vai trò giám sát môi trường của cộng đồng xóm Doanh Sỹ.

Đóng góp tự nêu của nghiên cứu

Khóa luận vận dụng các phương pháp điều tra hiện trường, lấy mẫu phân tích tiêu chuẩn và khảo sát xã hội học để đánh giá thực trạng tác động môi trường của một mỏ sắt cụ thể tại vùng núi Cao Bằng. Kết quả nghiên cứu tạo lập nguồn dữ liệu thực tế tại chỗ, đóng góp luận cứ khoa học hỗ trợ chính quyền xã Dân Chủ và huyện Hòa An trong công tác quản lý tài nguyên, bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Bằng.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế về phạm vi và thời gian quan trắc: Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian thực tập tốt nghiệp ngắn (tháng 01/2014 đến tháng 04/2014); đợt lấy mẫu phân tích chỉ tập trung vào một thời điểm (tháng 03/2014) tại 2 vị trí lấy mẫu chính (hồ lắng quặng và sông tiếp nhận), chưa theo dõi được biến động chất lượng nước theo chu kỳ mùa khô và mùa mưa lũ trong cả năm.
  • Giới hạn về mẫu khảo sát xã hội học: Số lượng phỏng vấn giới hạn ở quy mô 20 hộ dân tại xóm Doanh Sỹ, chưa mở rộng ra toàn bộ các xóm hạ lưu dòng chảy của xã Dân Chủ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng nước mặt định kỳ nhiều đợt trong năm, bổ sung phân tích sâu các chỉ tiêu kim loại nặng hòa tan trong nước và trầm tích đáy sông, đồng thời nghiên cứu các mô hình lọc sinh học kết hợp xử lý bùn thải tuyển quặng đạt tiêu chuẩn tái sử dụng hoàn toàn.

Giá trị tham khảo

  • Đối với sinh viên, học viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường: Khóa luận là tài liệu tham khảo thực tế về phương pháp xây dựng đề cương, quy trình lấy mẫu nước mặt ao hồ/sông suối theo tiêu chuẩn TCVN (TCVN 5996-1995, TCVN 5993-2005), và cách thức tổng hợp số liệu điều tra kinh tế - xã hội cấp xã.
  • Đối với cán bộ quản lý môi trường tại địa phương và doanh nghiệp khai khoáng: Cung cấp bức tranh toàn cảnh về trữ lượng khoáng sản tỉnh Cao Bằng, quy trình khai thác lộ thiên mỏ sắt và các giải pháp thực tế để kiểm soát dòng thải bùn quặng bảo vệ lưu vực sông miền núi.

Câu hỏi thường gặp

Mỏ sắt Ngườm Cháng thuộc đơn vị nào quản lý và có công suất hoạt động ra sao?

Mỏ sắt Ngườm Cháng là chi nhánh trực thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên (TISCO), đặt trụ sở tại xóm Doanh Sỹ, xã Dân Chủ, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng. Mỏ có trữ lượng quặng sắt khoảng 2.000.000 tấn, công suất thiết kế 177.000 tấn quặng tinh/năm và công suất thực tế đạt khoảng 180.000 tấn/năm.

Quy trình khai thác mỏ sắt Ngườm Cháng áp dụng công nghệ gì và sản phẩm chính là gì?

Mỏ áp dụng phương pháp khai thác lộ thiên theo chuỗi công nghệ: Khoan nổ mìn $\rightarrow$ Xúc bốc (máy xúc) $\rightarrow$ Vận tải (ô tô) $\rightarrow$ Tuyển quặng tại xưởng tuyển và đổ đất đá ra bãi thải. Sản phẩm khai thác là quặng Magnetit với hàm lượng sắt trung bình Fe > 62%, cùng sản phẩm quặng cám cung cấp cho phân xưởng thiêu kết 70.000 tấn/năm với hàm lượng Fe > 53%.

Nguồn phát sinh gây ô nhiễm nước mặt chính từ mỏ là gì?

Nguồn phát sinh ô nhiễm nước mặt chính là nước thải từ khâu tuyển rửa quặng chứa nhiều bùn thải, đất mịn và chất rắn lơ lửng (TSS), kết hợp với nước mưa chảy tràn cuốn trôi đất đá từ moong khai thác và bãi thải đổ dồn về hệ thống hồ lắng cặn rồi thoát ra sông suối tiếp nhận (sông Bằng).

Tác giả đã tiến hành lấy mẫu nước mặt ở đâu và phân tích những chỉ tiêu nào?

Tác giả đã lấy mẫu nước tại 2 điểm vào tháng 3/2014 ở độ sâu 20 - 40 cm: (1) Tại hồ lắng quặng của mỏ, (2) Nước mặt sông tại khu vực tiêu nước của hồ lắng. Các chỉ tiêu phân tích gồm: pH (TCVN 6492:2011), DO (TCVN 5499:1995), BOD₅ (TCVN 6001:2008), COD (TCVN 4565:1988), TSS (SMEWW 2540B), Fe (TCVN 6177:1996), Pb (TCCS/PTHH 04:2014) và Độ đục.


Kết luận

Khóa luận của sinh viên Nguyễn Văn Tý đã phản ánh chi tiết thực trạng hoạt động khai thác quặng sắt lộ thiên tại Mỏ sắt Ngườm Cháng và những ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước mặt tại xã Dân Chủ, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng. Nghiên cứu kết hợp hiệu quả giữa việc thu thập dữ liệu tự nhiên, kinh tế - xã hội địa phương, khảo sát công nghệ sản xuất của mỏ và triển khai lấy mẫu phân tích các thông số lý - hóa - kim loại đặc trưng của nước mặt. Các nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất có tính ứng dụng thực tế, hỗ trợ doanh nghiệp và chính quyền địa phương trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên nước mặt bền vững.