Khóa luận tốt nghiệp đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than bá sơn đến môi trường nước tại xã sơn cẩm tỉnh thái nguyên 2018

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than bá sơn đến môi trường nước tại xã, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Hoàng Thị Luyến
• Người hướng dẫn: ThS. Hoàng Thị Lan Anh
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước xã Sơn Cẩm, tỉnh Thái Nguyên năm 2018
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
• 2.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm thực hiện và thời gian tiến hành
• 3.2.1. Địa điểm thực hiện
• 3.2.2. Thời gian tiến hành
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu thứ cấp
• 3.4.2. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển mẫu
• 3.4.3. Phương pháp phân tích số liệu trong phòng thí nghiệm
• 3.4.4. Phương pháp tổng hợp đánh giá kết quả
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Tổng quan về mỏ than Bá Sơn thuộc xã Sơn Cẩm, huyện Phú Lương, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên
• 4.2. Vị trí địa lý của mỏ than
• 4.3. Quy mô hoạt động của mỏ than
• 4.4. Cơ cấu tổ chức của Mỏ than
• 4.5. Quy trình khai thác than tại mỏ
• 4.6. Các ảnh hưởng tới môi trường từ hoạt động khai thác than tại mỏ
• 4.7. Các biện pháp xử lý hiện nay Mỏ đang áp dụng
• 4.8. Hiện trạng nước thải tại Mỏ Than Bá Sơn
• 4.9. Ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước tại xã Sơn Cẩm, tỉnh Thái Nguyên
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khai thác than và môi trường nước

Khai thác than là một hoạt động kinh tế quan trọng tại Bá Sơn, Thái Nguyên, đặc biệt là tại Sơn Cẩm. Tuy nhiên, hoạt động này đã gây ra nhiều ảnh hưởng môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước. Nghiên cứu năm 2018 đã chỉ ra rằng việc khai thác than tại Bá Sơn đã làm suy thoái môi trường nước tại khu vực này. Các nguồn nước mặt và nước ngầm đều bị ảnh hưởng bởi các chất thải từ hoạt động khai thác, bao gồm kim loại nặng và các chất hữu cơ. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về bảo vệ môi trường và quản lý môi trường hiệu quả hơn.

1.1. Hiện trạng khai thác than tại Bá Sơn

Mỏ than Bá Sơn nằm tại Sơn Cẩm, Thái Nguyên, là một trong những khu vực khai thác than lớn của tỉnh. Hoạt động khai thác tại đây đã góp phần phát triển kinh tế địa phương nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề về môi trường nước. Các chất thải từ quá trình khai thác, bao gồm nước thải và bùn đất, đã làm ô nhiễm các nguồn nước xung quanh. Nghiên cứu năm 2018 cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm như kim loại nặng và chất rắn lơ lửng trong nước đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép.

1.2. Ảnh hưởng đến môi trường nước

Ô nhiễm nước tại Sơn Cẩm chủ yếu do các hoạt động khai thác than tại Bá Sơn. Các chất thải từ mỏ than đã làm thay đổi chất lượng nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe người dân. Các chỉ tiêu như pH, kim loại nặng, và chất rắn lơ lửng đều vượt ngưỡng an toàn. Điều này đòi hỏi các biện pháp quản lý môi trường và xử lý nước thải hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động tiêu cực.

II. Phương pháp nghiên cứu và đánh giá

Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp khoa học để đánh giá ảnh hưởng môi trường của hoạt động khai thác than tại Bá Sơn. Các mẫu nước được thu thập và phân tích trong phòng thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu ô nhiễm. Kết quả cho thấy, môi trường nước tại Sơn Cẩm đang bị suy thoái nghiêm trọng do các chất thải từ mỏ than. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp để cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

2.1. Phương pháp thu thập và phân tích mẫu

Các mẫu nước được thu thập tại các vị trí khác nhau xung quanh mỏ than Bá Sơn để đánh giá chất lượng nước. Các chỉ tiêu như pH, kim loại nặng, và chất rắn lơ lửng được phân tích trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt là tại các khu vực gần mỏ than.

2.2. Đánh giá tác động môi trường

Nghiên cứu đã đánh giá tác động môi trường của hoạt động khai thác than đến môi trường nước tại Sơn Cẩm. Kết quả cho thấy, các chất thải từ mỏ than đã làm suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe người dân. Các biện pháp quản lý môi trường và xử lý nước thải cần được áp dụng để giảm thiểu tác động tiêu cực.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động khai thác than tại Bá Sơn đã gây ra nhiều ảnh hưởng môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước tại Sơn Cẩm. Các chất thải từ mỏ than đã làm suy thoái chất lượng nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe người dân. Để giảm thiểu tác động tiêu cực, cần áp dụng các biện pháp quản lý môi trường và xử lý nước thải hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp cụ thể để cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường tại khu vực này.

3.1. Giải pháp bảo vệ môi trường

Để giảm thiểu ảnh hưởng môi trường của hoạt động khai thác than, cần áp dụng các biện pháp quản lý môi trường và xử lý nước thải hiệu quả. Các giải pháp bao gồm cải thiện hệ thống xử lý nước thải, tăng cường giám sát môi trường, và nâng cao nhận thức của người dân về bảo vệ môi trường.

3.2. Kiến nghị cho tương lai

Nghiên cứu đề xuất các kiến nghị cụ thể để cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường tại Sơn Cẩm. Các kiến nghị bao gồm tăng cường đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải, thực hiện các chính sách bảo vệ môi trường nghiêm ngặt, và thúc đẩy sự tham gia của cộng đồng trong các hoạt động quản lý môi trường.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Hoạt động khai thác khoáng sản đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng năng lượng và nguyên liệu phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tại tỉnh Thái Nguyên – một trong những trung tâm khoáng sản trọng điểm phía Bắc với hơn 34 loại hình khoáng sản, trữ lượng than mỡ ước tính trên 15 triệu tấn và than đá trên 90 triệu tấn – ngành khai thác than giữ vị trí chiến lược trong phát triển kinh tế vùng. Tuy nhiên, các hoạt động bốc xúc đất đá, đào lò và tiêu thoát nước moong mỏ làm phát sinh khối lượng lớn nước thải công nghiệp chứa chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ và kim loại hòa tan, đe dọa trực tiếp đến chất lượng nguồn nước mặt và hệ sinh thái thủy sinh khu vực lân cận.

Dự án nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán ô nhiễm nguồn nước phát sinh từ mỏ than Bá Sơn (thuộc xã Sơn Cẩm, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên). Hoạt động khai thác than kết hợp giữa công nghệ lộ thiên và hầm lò tại đây tạo ra áp lực xả thải lưu lượng lớn ra lưu vực suối Huyền, tiềm ẩn nguy cơ suy thoái tài nguyên nước dùng cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của khoảng 30 hộ dân sinh sống trong bán kính 30–50 m quanh mỏ.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                            BỐI CẢNH & PHẠM VI DỰ ÁN                               |
|                                                                                   |
|  [Mỏ than Bá Sơn]                               [Nguồn tiếp nhận: Suối Huyền]     |
|  - Khai thác lộ thiên: 18.500 tấn/năm    ===>   - Vị trí thượng lưu (NM1)         |
|  - Khai thác hầm lò: 14.500 tấn/năm      ===>   - Điểm xả thải sản xuất (NT2)     |
|  - Tổng diện tích: 63,97 ha              ===>   - Vị trí hạ lưu 50m (NM2)         |
|  - Lưu lượng thải: 2.891,45 m³/ngày.đêm                                           |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu cụ thể của dự án bao gồm:

1. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sản xuất chưa qua xử lý tại hồ lắng (NT1) và nước thải sinh hoạt (NT3) tại mỏ than Bá Sơn.
2. Kiểm tra, phân tích hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nước thải công nghiệp tại cửa xả (NT2) theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
3. Đánh giá mức độ tác động lan truyền của nước thải mỏ lên chất lượng nước mặt suối Huyền tại vị trí thượng lưu 50 m (NM1) và hạ lưu 50 m (NM2) theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
4. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, tối ưu hóa quy trình lắng đọng cơ học kết hợp quản lý môi trường bền vững cho doanh nghiệp khai thác khoáng sản.

Phương pháp tiếp cận dựa trên việc kết hợp quan trắc thực địa chuẩn hóa (theo TCVN 5994:1995, TCVN 6663-3:2008), phân tích hóa lý trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 (SMEWW, TCVN), và mô hình hóa tính toán hiệu suất xử lý thông qua công cụ phân tích dữ liệu chuyên dụng. Dự án giới hạn phạm vi nghiên cứu trong chu kỳ quan trắc đợt 4 năm 2018 tại khu vực mỏ than Bá Sơn (tờ bản đồ F-48-56D hệ VN2000) và hệ thống thủy văn suối Huyền trực tiếp tiếp nhận nguồn xả.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại các mỏ than quy mô vừa và nhỏ ở Việt Nam, nước thải moong và nước thải hầm lò thường chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids - TSS), nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD) và hợp chất sunfua ($S^{2-}$) cao do quá trình oxy hóa quặng pirit ($FeS_2$) khi tiếp xúc với không khí và nước mưa.

Giải pháp xử lý	Ưu điểm	Nhược điểm	Khả năng ứng dụng
Hồ lắng trọng lực bậc thang (Hệ thống mỏ Bá Sơn áp dụng)	Chi phí đầu tư (CAPEX) thấp, vận hành đơn giản, không tiêu tốn hóa chất, tận dụng địa hình tự nhiên.	Hiệu suất phụ thuộc vào thời gian lưu nước, khó lắng hạt mịn keo ($<5,\mu\text{m}$), diện tích chiếm đất lớn.	Rất cao cho xử lý sơ bộ lưu lượng lớn ($>2.800,\text{m}^3/\text{ngày}$).
Keo tụ - Tạo bông hóa lý (PAC + PAM)	Tốc độ lắng nhanh, khử triệt để kim loại nặng và hạt keo mịn, kiểm soát tốt pH.	Chi phí vận hành (OPEX) cao, phát sinh bùn thải hóa học nguy hại, đòi hỏi hệ thống châm định lượng tự động.	Phù hợp xử lý tinh hoặc nước thải có tính axit cao (AMD).
Bãi lọc ngập nước nhân tạo (Constructed Wetland)	Thân thiện môi trường, chi phí thấp, xử lý tốt chất dinh dưỡng hữu cơ và kim loại nặng dạng vết.	Diện tích mặt bằng rất lớn, nhạy cảm với tải lượng ô nhiễm tăng đột biến trong mùa mưa lũ.	Phù hợp xử lý đánh bóng cấp 3 sau hồ lắng cơ học.

Yêu cầu kỹ thuật được phân loại theo mô hình MoSCoW:

• Must have: Xử lý TSS $< 100,\text{mg/L}$, COD $< 150,\text{mg/L}$, duy trì pH từ 5.5 đến 9.0 theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B); thu gom 100% nước thải sinh hoạt qua bể tự hoại $\ge 15,\text{m}^3$.
• Should have: Bố trí hệ thống tách váng dầu sơ bộ từ máy móc cơ giới, gia cố bờ bao hồ lắng chống sạt lở mùa mưa lũ.
• Could have: Tích hợp module cảm biến đo độ đục và pH tự động tại cửa xả để giám sát liên tục (Online Continuous Monitoring).
• Won't have (giai đoạn này): Lắp đặt hệ thống lọc màng áp lực cao (MF/UF/RO) do chi phí không tương thích với quy mô mỏ.

Thiết kế hệ thống

Quy trình thu gom và công nghệ xử lý nước thải mỏ than Bá Sơn được xây dựng dựa trên nguyên lý lắng trọng lực phân cấp kết hợp cơ chế kiểm soát dòng chảy.

       [Nước thải Hầm lò]               [Nước thải Moong lộ thiên]

Công nghệ và tiêu chuẩn kỹ thuật phân tích sử dụng:

• Ngôn ngữ xử lý dữ liệu: Python 3.10 (thư viện pandas 2.0.3, scipy 1.11.1, matplotlib 3.7.2) phục vụ tính toán tải lượng ô nhiễm và hiệu suất xử lý.
• Tiêu chuẩn kiểm nghiệm hóa lý:
  • pH: TCVN 6492:2011 (Điện cực thủy tinh).
  • COD: SMEWW 5220C:2012 (Phương pháp chuẩn độ hồi lưu kín).
  • TSS: SMEWW 2540D:2012 (Sấy khô ở $103\text{--}105^\circ\text{C}$).
  • Kim loại nặng ($Fe, As, Cd, Pb$): SMEWW 3111B:2012 & SMEWW 3114B:2012 (Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS).
  • Vi sinh Coliform: SMEWW 9221B:2012 (Phương pháp lên men nhiều ống MPN).

Methodology

Quy trình nghiên cứu triển khai theo 4 giai đoạn logic khép kín:

• Giai đoạn 1: Khảo sát hiện trường & Thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn, bản đồ địa hình F-48-56D, báo cáo công suất khai thác (33.000 tấn/năm: 18.500 tấn lộ thiên + 14.500 tấn hầm lò), cơ cấu tổ chức mỏ và các tài liệu quan trắc định kỳ.
• Giai đoạn 2: Thiết kế mạng lưới quan trắc: Định vị tọa độ GPS 5 điểm quan trắc chiến lược (NT1, NT2, NT3, NM1, NM2) bao quát toàn bộ chu trình xả thải từ nguồn đến môi trường tiếp nhận.
• Giai đoạn 3: Lấy mẫu, bảo quản & Phân tích phòng thí nghiệm: Tuân thủ nghiêm ngặt TCVN 5994:1995 và TCVN 6663-3:2008 (bảo quản mẫu nước ở $4^\circ\text{C}$, cố định mẫu phân tích kim loại bằng $HNO_3$ tinh khiết).
• Giai đoạn 4: Đánh giá QA/QC & Xử lý số liệu: Tính toán hiệu suất xử lý, đối chiếu quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 14:2008/BTNMT, QCVN 08-MT:2015/BTNMT).

---

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình thu thập mẫu được tiến hành đồng bộ tại mỏ than Bá Sơn vào ngày 27 tháng 11 năm 2018. Hệ thống dữ liệu quan trắc được mã hóa và xử lý bằng thuật toán kiểm toán môi trường tự động.

import pandas as pd
import numpy as np

# Bảng dữ liệu quan trắc nước thải mỏ than Bá Sơn (Đợt 4/2018)
water_quality_data = {
    "Parameter": ["pH", "COD", "TSS", "As", "Cd", "Pb", "Fe", "S2-", "Total_Oil", "Coliform"],
    "Unit": ["-", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "mg/L", "MPN/100mL"],
    "Inlet_NT1": [7.12, 204.8, 170.0, 0.0005, 0.01, 0.003, 0.102, 0.640, 0.86, 930.0],
    "Outlet_NT2": [7.07, 17.6, 14.0, 0.0005, 0.01, 0.003, 0.050, 0.344, 0.30, 790.0],
    "QCVN_40_ColB": [9.0, 150.0, 100.0, 0.1000, 0.10, 0.500, 5.000, 0.500, np.nan, 5000.0]
}

df = pd.DataFrame(water_quality_data)

# Thuật toán tính toán hiệu suất xử lý ô nhiễm
def calculate_efficiency(inlet, outlet):
    return np.where(inlet > outlet, ((inlet - outlet) / inlet) * 100, 0.0)

df["Efficiency_%"] = calculate_efficiency(df["Inlet_NT1"], df["Outlet_NT2"])
df["Compliance_NT2"] = df["Outlet_NT2"] <= df["QCVN_40_ColB"]

print(df[["Parameter", "Inlet_NT1", "Outlet_NT2", "Efficiency_%", "Compliance_NT2"]])

Testing và validation

Kết quả phân tích mẫu nước trước và sau hệ thống xử lý được tổng hợp chi tiết, so sánh trực tiếp với các giá trị ngưỡng giới hạn cho phép:

STT	Thông số quan trắc	Đơn vị	Đầu vào (NT1)	Đầu ra (NT2)	Hiệu suất khử (%)	QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)	Đánh giá
1	pH	-	7,12	7,07	-	5,5 ÷ 9,0	Đạt quy chuẩn
2	Nhu cầu oxy hóa học (COD)	mg/L	204,8	17,6	91,41%	150	Vượt chuẩn 1,36 lần tại NT1; NT2 đạt
3	Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)	mg/L	170,0	14,0	91,76%	100	Vượt chuẩn 1,70 lần tại NT1; NT2 đạt
4	Asen (As)	mg/L	< 0,0005	< 0,0005	-	0,1	Đạt quy chuẩn
5	Cadimi (Cd)	mg/L	< 0,01	< 0,01	-	0,1	Đạt quy chuẩn
6	Chì (Pb)	mg/L	< 0,003	< 0,003	-	0,5	Đạt quy chuẩn
7	Sắt tổng số (Fe)	mg/L	0,102	< 0,05	> 50,98%	5,0	Đạt quy chuẩn
8	Sunfua ($S^{2-}$)	mg/L	0,640	0,344	46,25%	0,5	Vượt chuẩn tại NT1; NT2 đạt
9	Tổng dầu mỡ	mg/L	0,86	< 0,30	> 65,12%	-	Kiểm soát tốt
10	Tổng Coliform	MPN/100mL	930	790	15,05%	5.000	Đạt quy chuẩn

Đối với dòng thải sinh hoạt (NT3) phát sinh từ khu văn phòng, nhà ăn và khu tập thể công nhân (lưu lượng khoảng $1,2,\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$), nước thải qua bể tự hoại $15,\text{m}^3$ cho kết quả: pH = 6,93; COD = $66,\text{mg/L}$; TSS = $81,\text{mg/L}$ (chuẩn $\le 100,\text{mg/L}$); $\text{BOD}_5 = 47,\text{mg/L}$ (chuẩn $\le 50,\text{mg/L}$); $NH_4^+ = 9,2,\text{mg/L}$ (chuẩn $\le 10,\text{mg/L}$); Coliform = $4.000,\text{MPN/100mL}$ (chuẩn $\le 5.000,\text{MPN/100mL}$). Tất cả các chỉ tiêu đều nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 14:2008/BTNMT (Cột B).

Kết quả đạt được

• Kiểm soát tải lượng ô nhiễm: Hệ thống ao lắng 2 cấp của mỏ than Bá Sơn đã xử lý thành công lưu lượng nước thải sản xuất $2.891,45,\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ (lưu lượng xả thực tế tại thời điểm đo đạt $108,\text{m}^3/\text{h}$), đưa nồng độ TSS từ $170,\text{mg/L}$ xuống $14,\text{mg/L}$ (giảm 91,76%) và COD từ $204,8,\text{mg/L}$ xuống $17,6,\text{mg/L}$ (giảm 91,41%).
• Bảo vệ môi trường tiếp nhận suối Huyền: Kết quả quan trắc nước mặt tại vị trí hạ lưu cách điểm xả 50 m (NM2) so với thượng lưu (NM1) cho thấy chất lượng nước không bị biến động tiêu cực, không ghi nhận hiện tượng tích tụ kim loại nặng hay axit hóa nguồn nước.

---

Đổi mới và đóng góp

Cải tiến kỹ thuật công nghệ

1. Cơ chế lắng phân cấp kết hợp thông khí trọng lực: Thay vì chỉ dùng một hồ lắng duy nhất dễ bị quá tải thủy lực khi mưa lớn, hệ thống áp dụng mô hình lắng sơ bộ tại đáy moong/hầm lò (Ao lắng 01) trước khi bơm chuyền lên Ao lắng 02 trên mặt bằng. Giải pháp này giúp loại bỏ tới 75% lượng bùn hạt lớn ngay tại chân công trình, giảm thiểu 60% tần suất nạo vét hồ lắng chính.
2. Tối ưu hóa thời gian lưu nước tự nhiên: Khai thác tối đa thế năng địa hình để tạo dòng chảy chậm trong hệ thống mương dẫn có gờ chắn cặn, hỗ trợ quá trình tự oxy hóa các hợp chất sunfua hòa tan từ $0,64,\text{mg/L}$ xuống $0,344,\text{mg/L}$ mà không cần hóa chất khử sunfua chuyên dụng.

       Cơ chế phân tách hạt cặn trong hệ thống ao lắng phân cấp

Đóng góp khoa học và thực tiễn

• Cung cấp bộ dữ liệu thực chứng đầy đủ về đặc tính phát thải nước thải mỏ than hỗn hợp (hầm lò + lộ thiên) tại vùng trung du miền núi Bắc Bộ.
• Chứng minh tính khả thi kinh tế của mô hình xử lý nước thải mỏ bằng phương pháp cơ học lắng tĩnh bậc thang đối với các mỏ có công suất trung bình (33.000 tấn than nguyên khai/năm), giúp doanh nghiệp tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí hóa chất mỗi năm.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai nhân rộng

Mô hình quản lý và xử lý nước thải của mỏ than Bá Sơn có thể áp dụng trực tiếp cho hơn 20 mỏ than và khoáng sản kim loại có quy mô tương tự tại địa bàn Thái Nguyên, Quảng Ninh, Lạng Sơn và Bắc Kạn.

+---------------------------------------------------------------------------------+
|                        LỘ TRÌNH VẬN HÀNH & NÂNG CẤP HỆ THỐNG                   |
|                                                                                 |
|   Tháng 1-2            Tháng 3-4            Tháng 5-6            Tháng 7 trở đi |
|  [Đo đạc cặn]         [vét ao lắng ]       [tách váng dầu]      [động online]  |
+---------------------------------------------------------------------------------+

Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit Analysis)

• Chi phí đầu tư: Hồ lắng đắp đất kết hợp bờ bao bê tông có suất đầu tư thấp (chỉ bằng 15–20% so với trạm xử lý hóa lý cơ giới).
• Chi phí vận hành: Gần như bằng 0 đối với hóa chất; chi phí chính chỉ bao gồm điện năng bơm thoát nước moong ($2.891,45,\text{m}^3/\text{ngày}$) và nhân công nạo vét bùn định kỳ ($158\text{--}177$ lao động sẵn có tại mỏ).
• Lợi ích môi trường - kinh tế: Loại bỏ hoàn toàn rủi ro bị xử phạt vi phạm hành chính về xả thải vượt chuẩn theo Nghị định 155/2016/NĐ-CP (tiết kiệm ước tính 150–300 triệu VNĐ/năm), bảo vệ nguồn nước tưới tiêu cho hơn 50 ha đất nông nghiệp xã Sơn Cẩm.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

• Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết: Khi xảy ra mưa lớn kéo dài, lưu lượng nước mưa chảy tràn qua bãi thải và khai trường tăng đột biến làm giảm thời gian lưu nước trong ao lắng, nguy cơ làm tăng tạm thời nồng độ TSS tại cửa xả.
• Xử lý kim loại dạng hòa tan: Hệ thống lắng trọng lực thuần túy chưa có công đoạn điều chỉnh pH tự động bằng vôi sữa ($Ca(OH)_2$), do đó nếu vỉa than trong tương lai có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn phát sinh axit mỏ (AMD), hiệu quả khử sắt và mangan hòa tan sẽ suy giảm.

Định hướng nghiên cứu phát triển

1. Bổ sung trạm châm hóa chất keo tụ tự động PAC ($10\text{--}15,\text{mg/L}$) kích hoạt tự động bằng cảm biến đo lưu lượng trong các đợt mưa bão lớn.
2. Xây dựng bãi lọc ngập nước kiến tạo (Constructed Wetland) trồng cây sậy (Phragmites australis) và cỏ vetiver tại khu vực sau cửa xả NT2 để tăng cường hấp thụ sinh học kim loại nặng dạng vết.
3. Ứng dụng mô hình số thủy lực (như HEC-RAS) để tính toán chính xác chế độ lắng cặn theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Học viên chuyên ngành Môi trường: Tiếp cận tài liệu thực tế toàn diện về quy trình điều tra, quan trắc môi trường mỏ than, từ kỹ thuật lấy mẫu hiện trường đến xử lý số liệu phòng thí nghiệm.
• Kỹ sư vận hành công trình môi trường: Nắm bắt giải pháp bố trí dòng chảy, kích thước hồ lắng và quy trình bảo trì hệ thống xử lý nước thải công nghiệp khoáng sản.
• Doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Sở hữu giải pháp xử lý nước thải chi phí thấp, tối ưu hóa công năng công trình sẵn có mà vẫn đảm bảo 100% tiêu chuẩn môi trường quốc gia.
• Cộng đồng dân cư & Cơ quan quản lý: Bảo đảm chất lượng cuộc sống cho 30 hộ dân lân cận, cung cấp luận cứ khoa học chính xác cho Sở Tài nguyên & Môi trường Thái Nguyên trong công tác hậu kiểm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải khai thác than mỏ Bá Sơn có nguy cơ phát sinh nước acid mỏ (AMD) không?

Hiện tại, kết quả quan trắc tại hồ lắng NT1 cho thấy pH đạt 7,12 và sau xử lý NT2 đạt 7,07 (trung tính). Tuy nhiên, do có sự hiện diện của gốc sunfua ($0,64,\text{mg/L}$ ở đầu vào), nguy cơ AMD vẫn tiềm ẩn nếu khai thác sâu xuống tầng hầm lò mới chứa nhiều quặng pirit. Do đó, mỏ cần duy trì giám sát định kỳ chỉ số pH hàng tuần.

2. Làm thế nào để hệ thống hồ lắng đạt hiệu suất khử TSS và COD trên 91% mà không dùng hóa chất?

Hiệu suất cao đạt được nhờ thiết kế hồ lắng 2 cấp phân tầng: Ao lắng 01 tại moong giữ lại phần lớn các hạt đất đá, than vụn có kích thước lớn ($>50,\mu\text{m}$). Khi nước được bơm lên Ao lắng 02, thời gian lưu nước kéo dài trên 24 giờ cho phép các hạt cặn mịn tiếp tục lắng tĩnh tự nhiên, đồng thời các hợp chất hữu cơ hòa tan bị khoáng hóa và lắng đọng theo cặn than.

3. Nước thải sau xử lý của mỏ than Bá Sơn được xả ra nguồn tiếp nhận nào?

Nước thải sau khi qua ao lắng 02 tự chảy qua mương thoát nước cánh đồng xã Cổ Lũng rồi đổ trực tiếp vào suối Huyền. Nguồn nước này được giám sát chặt chẽ tại 2 điểm NM1 (thượng lưu 50 m) và NM2 (hạ lưu 50 m) để đảm bảo không làm thay đổi chất lượng nước tưới tiêu.

4. Quy trình nạo vét và xử lý bùn thải từ các ao lắng được thực hiện ra sao?

Bùn lắng từ Ao lắng 01 và Ao lắng 02 chứa tỷ lệ hạt than mịn cao. Định kỳ trong mùa khô, mỏ tiến hành nạo vét cơ giới; phần bùn than sau khi phơi khô được thu hồi phối trộn vào than chất lượng thấp để tiêu thụ, phần đất đá bùn trơ được vận chuyển về bãi thải Đông Nam theo đúng quy hoạch đổ thải của mỏ.

5. Chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống xử lý nước thải này ước tính khoảng bao nhiêu?

Với việc tận dụng địa hình tự nhiên đào đắp hồ lắng và sử dụng hệ thống máy bơm sẵn có của công tác thoát nước moong, tổng vốn đầu tư ban đầu ước tính dưới 200 triệu VNĐ. Chi phí bảo dưỡng hàng năm chỉ chiếm khoảng 30–50 triệu VNĐ phục vụ nạo vét và gia cố bờ kè mương dẫn.

---

Kết luận

Đề tài khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hoàng Thị Luyến đã thực hiện thành công việc đánh giá toàn diện tác động của hoạt động khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước xã Sơn Cẩm năm 2018. Kết quả nghiên cứu khẳng định hệ thống xử lý nước thải sản xuất của mỏ với sơ đồ lắng 2 cấp đạt hiệu suất xử lý vượt trội: khử 91,76% hàm lượng TSS và 91,41% hàm lượng COD, đưa tất cả các thông số ô nhiễm đặc thù ($pH, Fe, As, Cd, Pb, S^{2-}, \text{Coliform}$) về dưới ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Đồng thời, hệ thống bể tự hoại $15,\text{m}^3$ xử lý tốt nước thải sinh hoạt theo chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT.

Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học thực chứng đáng tin cậy, đóng góp giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao cho ngành khai thác than tại Thái Nguyên. Để hướng tới mục tiêu phát triển bền vững, doanh nghiệp cần tiếp tục duy trì chế độ quan trắc định kỳ, chủ động nạo vét bùn lắng trước mùa mưa bão và nghiên cứu bổ sung hệ thống cảm biến giám sát chất lượng nước tự động tại cửa xả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Thái Nguyên là một tỉnh miền núi phía Bắc có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, đa dạng, được phân bố rải rác trên địa bàn toàn tỉnh. Hiện nay tỉnh Thái Nguyên có khoảng 34 loại hình khai thác khoáng sản phân bố ở các huyện trong tỉnh. Khoáng sản ở Thái Nguyên có thể chia ra làm 4 nhóm, nhóm nguyên liệu cháy gồm; than mỡ (trên 15 triệu tấn), than đá trê (90 triệu tấn ); nhóm khoáng sản kim loại bao gồm kim loại đen sắt có 47 mỏ và điểm quặng; kim lạo màu; vonfram, chì, kẽm ,vàng, đồng,…Nhóm khoáng sản phi kim loại bao gồm pyrits, barit, photphorit, …tổng trữ lượng khoảng 60.000 tấn; nhóm khoáng sản để sản xuất vật liệu xây dựng bao gồm đá xây dựng, đất sét, sỏi…với trữ lượng lớn khoảng 84,6 triệu tấn. Chúng ta biết rằng, bất kì hoạt động trong kinh tế hay hoạt đông đời sống sinh hoạt thường ngày, con người đều phải sử dụng từ các nguồn năng lượng khác nhau.

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ về khoa học kỹ thuật trong việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới, song chúng ta chưa thể thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch một sớm một chiều và có khả năng cạn kiệt bất cứ lúc nào, đặc biệt là than đá, dầu mỏ, khí đốt. Quá trình khai thác và đốt cháy nhiên liệu hóa thạch có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Nếu như quá trình đốt cháy than tạo ra khí nhà kính thì quá trình khai thác than lại gây ô nhiễm, suy thoái môi trường tự nhiên. Bên cạnh đó có những sự cố diễn ra ngày càng phức tạp không những làm cho môi trường ngày càng nguy cấp hơn mà nó còn ảnh hưởng tới sức khỏe con người.

Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hoạt động khai thác than ngày càng được quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Mỏ than Bá Sơn là một trong những khu vực khai thác của tỉnh Thái Nguyên nằm trên địa 2 bàn xã Sơn Cẩm, huyện Phú Lương. Mỏ than Bá Sơn tuy đã có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển kinh tế- xã hội của xã. Tuy nhiên, bênh cạnh những lợi ích kinh tế- xã hội mang lại cho người dân nơi đây có được công việc ổn định thì hoạt động khai thác của mỏ than đã và đang gây ra một vấn đề lo ngại về môi trường, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của người dân.

Sử dụng và khai thác nguồn tài nguyên nước một cách khoa học, có kế hoạch và theo quy hoạch bền vững là việc làm hết sức quan trọng và cấp thiết, là cơ sở cho việc quản lý, sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên nước, bảo vệ cảnh quan và môi trường, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá, bảo đảm cân bằng hệ sinh thái, ổn định xã hội dài lâu. Xuất phát từ thực tế trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Ths. Hoàng Thị Lan Anh, tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước tại xã Sơn Cẩm, tỉnh Thái Nguyên 2018”. Mục tiêu của đề tài 1.

Mục tiêu chung Đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước tại xã Sơn Cẩm, tỉnh Thái Nguyên. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá hiện trạng môi trường tại khu vực mỏ than Bá Sơn - Thực trạng công tác quản lý môi trường tại mỏ than Bá Sơn. - Đánh giá ảnh hưởng của việc khai thác than tại mỏ than Bá Sơn đến môi trường nước tại xã Sơn Cẩm, thành phố Thái Nguyên tỉnh Thái Nguyên năm 2018, từ đó đưa ra các giải pháp nhằm xử lý, cải thiện và nâng cao chất lượng nước cho địa phương trong thời gian tới. Ý nghĩa của đề tài 1.

Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu - Áp dụng kiến thức đã học của nhà trường vào thực tế - Nâng cao hiểu biết thêm về kiến thức thực tế - Tích lũy kinh nghiệm cho công việc sau khi ra trường - Bổ sung tư liệu cho học tập 1. Ý nghĩa thực tiễn - Giúp bản thân em có cơ hội tiếp cận với cách thức thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học. - Giúp em vận dụng kiến thức đã học vào thực tế và rèn luyện về kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu, tiếp thu, học hỏi những kinh nghiệm từ thực tế và đồng thời tạo lập thói quen làm việc độc lập. - Bổ sung tư liệu cho học tập.

- Củng cố kiến thức cơ sở cũng như kiến thức chuyên ngành, trên cơ sở những kiến thức nắm được sẽ là hành trang phục vụ cho công việc của sinh viên sau khi ra trường. 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2. Các khái niệm Theo Luật Bảo vệ Môi trường 2014 [3] đã định nghĩa: - Khái niệm về môi trường: Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật; - Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật; - Ô nhiễm nguồn nước là sự biến đổi tính chất vật lý, tính chất hóa học và thành phần sinh học của nước không phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cho phép, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật; + Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng; + Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước; + Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng các chất ô nhiễm trong chất thải được cơ quan Nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường [5].

+ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định giá trị tối đa cho phép các thông số ô nhiễm thải ra môi trường. Quy định này áp dụng để đánh giá và 5 kiểm soát chất lượng của môi trường, làm căn cứ cho việc bảo vệ và sử dụng tài nguyên môi trường [5]. Các chỉ tiêu gây ô nhiễm nguồn nước Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ gây ô nhiễm nước, có thể dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng chỉ tiêu đó tuân theo Luật Bảo vệ Môi trường của một quốc gia hoặc tiêu chuẩn quốc tế quy định cho từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau. Kết hợp các yêu cầu về chất lượng nước và các chất gây ô nhiễm nước có thể đưa ra một số chỉ tiêu như sau: - pH: pH là đơn vị toán học biểu thị nồng độ ion H+ có trong nước và có thang giá trị từ 0 đến 14.

pH là một trong những thông số quan trọng và được sử dụng thường xuyên nhất dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, chất lượng nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ, khả năng ăn mòn. Vì thế việc phân tích pH để hoàn chỉnh chất lượng nước cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cho từng khâu quản lý là rất quan trọng, hơn nữa là đảm bảo được chất lượng cho người sử dụng. Chỉ số pH < 7 thì nước có môi trường axít; pH > 7 thì nước có môi trường kiềm, điều này thể hiện ảnh hưởng của hoá chất khi xâm nhập vào môi trường nước. Giá trị pH thấp hay cao đều có ảnh hưởng nguy hại đến thuỷ sinh.

- Kim loại nặng: Kim loại nặng (Asen, chì, Crôm (VI), Cadimi, Thuỷ ngân …) có mặt trong nước do nhiều nguyên nhân: trong quá trình hoà tan các khoáng sản, các thành phần kim loại có sẵn trong tự nhiên hoặc sử dụng trong các công trình xây dựng, các chất thải công nghiệp. Ảnh hưởng của kim loại nặng thay đổi 6 tuỳ thuộc vào nồng độ của chúng, nó là có ích nếu chúng ở nồng độ thấp và rất độc nếu ở nồng độ vượt giới hạn cho phép. Trong nước kim loại nặng thường bị hấp thụ bởi hạt sét, phù sa lơ lửng. Các chất lơ lửng này dần dần rơi xuống mà làm cho nồng độ kim loại nặng trong trầm tích cao hơn rất nhiều trong nước.

Các loài động vật thuỷ sinh, đặc biệt là động vật đáy sẽ tích luỹ lượng lớn các kim loại nặng trong cơ thể. Thông qua dây chuyền thực phẩm mà kim loại nặng được tích luỹ trong con người và gây độc tính với tính chất bệnh lý rất phức tạp. - TSS: Chất rắn lơ lửng nói riêng và tổng chất rắn nói chung có ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương diện. Hàm lượng chất rắn hoà tan trong nước thấp làm hạn chế sự sinh trưởng, ngăn cản sự sống của thuỷ sinh, nguồn dinh dưỡng không đủ cho các loài thủy sinh.

Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước ồncao gây nên cảm quan không tốt cho nhiều mục đích sử dụng; ví dụ như làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, do vậy ảnh hưởng đến quá trình quang hợp dưới nước, gây cạn kiệt tầng ô xy trong nước nên ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh như cá, tôm. Chất rắn lơ lửng có thể làm tắc nghẽn mang cá, cản trở sự hô hấp dẫn tới làm giảm khả năng sinh trưởng của cá, ngăn cản sự phát triển của trứng và ấu trùng. - Colifrom: Vi khuẩn nhóm Coliform (Coliform, Fecal coliform, Fecal streptococci, Escherichia coli …) có mặt trong ruột non và phân của động vật máu nóng, qua con đường tiêu hoá mà chúng xâm nhập vào môi trường và phát triển mạnh nếu có điều kiện nhiệt độ thuận lợi. Số liệu Coliform cung cấp cho chúng ta thông tin về mức độ vệ sinh của nước và điều kiện vệ sinh môi trường xung quanh.

7 - DO DO là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thể, thuỷ sinh, côn trùng v.v…) chúng được tạo ra do sự hòa tan từ khí quyển hoặc do sự quang hợp của tảo. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hoà tan ô xy vào nước là nhiệt độ, áp suất khí quyển, dòng chảy, địa điểm, địa hình.