Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than đá là ngành công nghiệp trọng điểm đóng góp lớn vào sự phát triển kinh tế của tỉnh Quảng Ninh, nơi nắm giữ 67% đến 74% tổng trữ lượng than của cả nước và cung cấp khoảng 90% sản lượng than toàn quốc. Tuy nhiên, hoạt động này cũng tạo ra áp lực sinh thái nghiêm trọng, với lượng nước thải phát sinh toàn tỉnh lên tới 175.338 m³/ngày, chiếm 52,1% tổng lưu lượng nước thải của địa phương. Hàng năm, hơn 30 triệu m³ nước thải mỏ chưa qua xử lý triệt để đã tác động tiêu cực đến các lưu vực sinh thủy tự nhiên.

Tại huyện Hoành Bồ, Công ty TNHH MTV Thăng Long thực hiện khai thác than hầm lò tại mỏ than Dân Chủ. Dù doanh nghiệp đã đầu tư hạ tầng giảm thiểu tác động, hoạt động khai khoáng vẫn tiềm ẩn nguy cơ làm suy thoái tài nguyên nước mặt và nước ngầm. Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh nước thải, phân tích mức độ biến đổi chất lượng nguồn nước và đo lường tác động xã hội tại khu vực mỏ than Dân Chủ trong giai đoạn từ tháng 4/2017 đến tháng 4/2018. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, giúp các nhà quản lý môi trường và doanh nghiệp định hướng giảm thiểu từ 30% đến 50% tải lượng chất ô nhiễm, bảo vệ an ninh nguồn nước bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết đánh giá tác động môi trường tích hợp theo quan điểm kỹ thuật khoa học và sự tham gia của cộng đồng dân cư. Khung phân tích vận dụng cơ chế hình thành dòng thải axit mỏ từ phản ứng oxy hóa khoáng vật sunfua trong đá vây quanh khi tiếp xúc với không khí và nước ngầm, tạo ra axit sunfuric hòa tan các kim loại nặng. Đồng thời, mô hình lan truyền chất ô nhiễm trong thủy văn dòng chảy mặt được áp dụng để xác định quy luật phát tán chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ.

Các khái niệm trọng tâm xuyên suốt công trình gồm: nước thải hầm lò phát sinh từ địa tầng khai thác, hiện tượng axit hóa nguồn nước mỏ, tải lượng ô nhiễm tích lũy, và hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu phối hợp thu thập dữ liệu thứ cấp từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Trung tâm Quan trắc môi trường và dữ liệu sơ cấp thực địa.

Cỡ mẫu điều tra xã hội học gồm 80 phiếu khảo sát, áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên gồm 21 công nhân trực tiếp khai thác, 9 cán bộ quản lý và 50 hộ dân sinh sống xung quanh khu vực mỏ than tại xã Dân Chủ. Phương pháp chọn mẫu này đảm bảo tính đại diện đa chiều, phản ánh chính xác tương quan giữa hoạt động sản xuất và đời sống dân sinh.

Hoạt động quan trắc môi trường nước được triển khai theo 2 đợt vào mùa mưa (tháng 6/2017, nhiệt độ 26-28°C) và mùa khô (tháng 12/2017, nhiệt độ 21-24°C). Phương pháp lấy mẫu tổ hợp từ 5 đến 7 điểm theo chiều sâu dòng chảy tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN 5999:1995 và TCVN 6663-1:2011. Các mẫu nước thải hầm lò, nước thải sinh hoạt, nước mặt suối tại thượng lưu - hạ lưu (cách điểm xả 150m) và nước ngầm tại 2 hộ dân cách mỏ 200m và 350m được phân tích trong phòng thí nghiệm. Lý do lựa chọn phương pháp so sánh đối chuẩn theo các quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 08-MT:2015/BTNMT và QCVN 09-MT:2015/BTNMT nhằm xác định chính xác tỷ lệ vượt ngưỡng của các thông số hóa lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Lưu lượng nước thải hầm lò tại mỏ than Dân Chủ phát sinh dao động lớn theo mùa, với lưu lượng trung bình tại Cửa lò +35 đạt 486 m³/ngày đêm và Cửa lò +42 đạt 651 m³/ngày đêm, tổng lưu lượng thải vượt 1.137 m³/ngày đêm.

Chất lượng nước thải hầm lò trước và sau xử lý đều ghi nhận tính axit rõ rệt. Nồng độ các chất ô nhiễm chính vượt chuẩn cho phép nhiều lần: BOD5 vượt từ 1,2 đến 2,1 lần; COD vượt từ 1,2 đến 2,5 lần; tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt từ 1,92 đến 3,5 lần; và hàm lượng sunfua vượt ngưỡng quy định từ 3,0 đến 5,0 lần theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).

Tại nguồn tiếp nhận nước mặt trên suối cách trạm xử lý 150m về phía hạ lưu, hàm lượng TSS cao gấp 2,8 lần, COD vượt 1,6 lần và BOD5 vượt 1,6 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Đối với môi trường nước ngầm, các chỉ tiêu kim loại nặng như sắt, chì, asen đều nằm trong ngưỡng an toàn, tuy nhiên chỉ số vi sinh Coliform đạt 4 MPN/100ml, vượt mức cho phép theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Qua khảo sát xã hội học, hơn 75% người dân địa phương nhận định chất lượng nguồn nước bị đục và suy thoái do hoạt động khai thác than.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng ô nhiễm là do công nghệ xử lý nước thải hầm lò tại trạm xử lý chưa đạt hiệu suất tối ưu khi tải lượng dòng thải tăng cao vào mùa mưa. Đặc biệt, hệ thống xử lý thiếu nguồn điện dự phòng, khiến nước thải chưa xử lý bị tràn cục bộ ra môi trường khi mất điện lưới.

Các chỉ số phân tích có thể được mô hình hóa trực quan qua bảng so sánh đối chuẩn thông số trước - sau xử lý và biểu đồ cột thể hiện mức độ gia tăng nồng độ TSS, COD giữa thượng lưu và hạ lưu. Khi so sánh với các mỏ lân cận như mỏ than Hà Lầm (BOD vượt 5,7 lần, TSS vượt 3,9 lần) hay mỏ Dương Huy (TSS vượt 15,6 lần), mức độ ô nhiễm tại mỏ Thăng Long ở ngưỡng trung bình nhưng có tính tích lũy cao, đe dọa sinh thái thủy vực sông Diễn Vọng nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát ô nhiễm và phục hồi hệ sinh thái nước tại huyện Hoành Bồ, các giải pháp kỹ thuật và quản lý cần được triển khai đồng bộ:

  • Nâng cấp dây chuyền xử lý nước thải mỏ: Công ty TNHH MTV Thăng Long cần bổ sung bể lắng lamen, tăng cường liều lượng vôi tôi trung hòa axit và polymer keo tụ. Mục tiêu đưa độ pH về mức 6,5 - 8,5 và hạ nồng độ TSS xuống dưới 50 mg/l, hoàn thành trong giai đoạn quý II/2018 đến quý IV/2019.
  • Trang bị hệ thống nguồn điện phụ trợ: Doanh nghiệp cần lắp đặt máy phát điện dự phòng công suất tối thiểu 250 kVA tại trạm xử lý nước thải hầm lò nhằm bảo đảm trạm vận hành liên tục 100% thời gian, chấm dứt hoàn toàn sự cố xả tràn khi mất điện lưới, hoàn thành trong 6 tháng.
  • Kiến tạo hành lang sinh thái và nạo vét dòng chảy: Công ty phối hợp với chính quyền xã Dân Chủ thực hiện nạo vét định kỳ 500m đến 1000m suối tiếp nhận dòng thải 2 lần mỗi năm, kết hợp trồng dải cây xanh phòng hộ ven bãi thải để hạn chế 40% lượng bùn cát rửa trôi mùa mưa bão.
  • Hoàn thiện mạng lưới quan trắc tự động: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh phối hợp Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hoành Bồ yêu cầu lắp đặt hệ thống quan trắc tự động liên tục đối với lưu lượng 1.137 m³/ngày đêm, truyền dữ liệu trực tuyến 24/7 về trung tâm giám sát trước năm 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho nhiều nhóm chuyên môn:

  • Cán bộ kỹ thuật và quản trị môi trường tại các doanh nghiệp khai khoáng: Cung cấp quy trình kiểm chuẩn các thông số dòng thải axit mỏ, phương pháp vận hành hồ lắng và xử lý hóa lý nước hầm lò.
  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước: Hỗ trợ Sở Tài nguyên và Môi trường, Phòng Tài nguyên và Môi trường cấp huyện trong việc thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường, cấp phép xả thải và kiểm tra tải lượng mỏ than.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường: Tài liệu tham khảo hữu ích về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, thiết kế mạng lưới quan trắc chất lượng nước và phân tích số liệu thống kê học thuật.
  • Các đơn vị tư vấn và tổ chức xã hội: Cung cấp phương pháp điều tra bảng hỏi xã hội học và mô hình giải quyết xung đột môi trường giữa doanh nghiệp khoáng sản và cộng đồng dân cư.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến nước thải hầm lò tại mỏ than Thăng Long có tính axit và hàm lượng cặn lơ lửng cao là gì? Hiện tượng này xuất phát từ quá trình phong hóa tự nhiên khi quặng sunfua trong vỉa than tiếp xúc với nước ngầm và oxy, sinh ra axit sunfuric làm giảm độ pH. Cặn lơ lửng phát sinh do hoạt động khoan nổ mìn và đào lò cuốn trôi các hạt bụi than mịn vào dòng thoát nước mỏ với lưu lượng hơn 1.000 m³/ngày đêm.

Hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải hầm lò hiện tại đạt mức độ nào? Hệ thống hiện tại đã giảm đáng kể nồng độ kim loại nặng, đưa các chỉ tiêu asen, chì, đồng về dưới giới hạn cho phép. Tuy nhiên, hiệu suất lắng lọc chất rắn và khử chất hữu cơ chưa triệt để, khiến TSS sau xử lý vẫn vượt từ 1,92 đến 3,5 lần và COD vượt từ 1,2 đến 2,5 lần quy chuẩn hiện hành.

Nước thải mỏ tác động ra sao đến chất lượng nước mặt suối tiếp nhận tại hạ lưu? Dòng xả thải làm gia tăng độ đục và tích tụ chất hữu cơ trên đoạn suối tiếp nhận. Điểm quan trắc cách cửa xả 150m về phía hạ lưu cho thấy TSS vượt 2,8 lần, COD và BOD5 cùng vượt 1,6 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT, làm suy giảm đáng kể hệ sinh thái thủy sinh địa phương.

Nguồn nước ngầm tại khu dân cư lân cận có bị nhiễm độc kim loại từ hoạt động khai khoáng không? Các mẫu nước ngầm tại hộ dân cách tâm mỏ 200m và 350m chưa ghi nhận dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng, hầu hết chỉ tiêu hóa lý đạt QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Nguy cơ hiện hữu chủ yếu là nhiễm khuẩn Coliform ở mức 4 MPN/100ml do điều kiện vệ sinh môi trường xung quanh giếng đào.

Giải pháp cấp bách nào cần thực hiện ngay để chấm dứt tình trạng nước thải xả tràn khi mất điện? Doanh nghiệp cần ưu tiên lắp đặt máy phát điện dự phòng chuyên dụng tại trạm bơm và trạm xử lý trong vòng 6 tháng. Thiết bị này đảm bảo hệ thống phản ứng kết tủa và bể lắng vận hành thông suốt 24/7, loại bỏ triệt để nguy cơ xả trực tiếp nước thải axit ra sông suối.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định rõ tổng lưu lượng nước thải hầm lò tại Cửa lò +35 và +42 của Công ty Thăng Long đạt 1.137 m³/ngày đêm, mang đặc trưng axit và cặn than cao.
  • Kiểm chứng hiệu quả xử lý thực tế cho thấy các chỉ tiêu TSS, COD, BOD5 và sunfua sau xử lý vẫn vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT từ 1,2 đến 5,0 lần.
  • Đánh giá chất lượng nước mặt suối hạ lưu ghi nhận nồng độ TSS vượt 2,8 lần giới hạn cho phép, trong khi nước ngầm có dấu hiệu nhiễm vi sinh vật Coliform.
  • Đóng góp khoa học cốt lõi của đề tài là hệ thống dữ liệu thực nghiệm toàn diện về ô nhiễm nước mỏ than tại Hoành Bồ, kết hợp bộ giải pháp kỹ thuật công nghệ và quản lý khả thi.
  • Kế hoạch tiếp theo đòi hỏi doanh nghiệp hoàn thiện lắp đặt trạm phát điện dự phòng, tối ưu hóa hóa chất keo tụ trong năm 2018 và triển khai trạm quan trắc tự động liên tục trước năm 2020 để hướng tới mục tiêu khai thác khoáng sản bền vững.