Tổng quan nghiên cứu

Khai thác khoáng sản năng lượng, đặc biệt là than đá, đóng vai trò nền tảng trong công cuộc công nghiệp hóa nhưng đồng thời tạo ra áp lực sinh thái vô cùng lớn đối với các vùng mỏ. Tỉnh Thái Nguyên là địa phương sở hữu trữ lượng than lớn thứ hai cả nước với hơn 15 triệu tấn than mỡ và khoảng 90 triệu tấn than đá. Trong đó, mỏ than Khánh Hòa do Công ty Than Khánh Hòa quản lý với trữ lượng địa chất 59,30 triệu tấn, diện tích chiếm đất 328,0 ha, đã được nâng công suất khai thác lộ thiên lên mức 800.000 tấn than nguyên khai mỗi năm nhằm cung cấp nhiên liệu chính cho Nhà máy Nhiệt điện Cao Ngạn.

Tuy nhiên, vị trí khai trường mỏ nằm ngay tại xã Phúc Hà, thành phố Thái Nguyên, chỉ cách trung tâm đô thị loại I khoảng 4 km về phía Tây. Xã Phúc Hà có diện tích tự nhiên 648,67 ha với quy mô dân số 4.093 người và mật độ 616 người/km2, trong đó có 92,88 ha diện tích canh tác lúa nước. Hoạt động tháo khô moong khai thác và bốc xúc đất đá tại đây đã làm phát sinh lưu lượng nước thải mỏ lên tới 1.000.000 m3/năm, đe dọa trực tiếp đến chất lượng nước mặt suối Tân Long và nguồn nước ngầm sinh hoạt của cư dân địa phương.

Đề tài nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn từ tháng 9/2016 đến tháng 9/2017 nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt và nước ngầm tại xã Phúc Hà, xác định cụ thể mức độ tác động từ hoạt động khai thác than, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật và quản lý môi trường khả thi, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường nước và cơ chế hình thành dòng thải mỏ có tính axit. Khi các khoáng vật sulfide kim loại trong than và đất đá thải tiếp xúc với oxy và nước mưa, quá trình oxy hóa sinh ra axit sunfuric hòa tan các kim loại nặng, làm suy giảm nghiêm trọng độ pH của thủy vực. Bên cạnh đó, mô hình đánh giá tương tác thủy văn giữa hoạt động hạ thấp mực nước moong sâu với tầng chứa nước ngầm cục bộ cũng được áp dụng để phân tích sự suy giảm trữ lượng và chất lượng nước giếng khoan.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh học (BOD), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), các chỉ tiêu kim loại nặng như sắt (Fe), chì (Pb) và vi sinh vật chỉ thị Coliform. Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng đồng bộ gồm Luật Bảo vệ Môi trường 2014, Luật Tài nguyên nước 2012, QCVN 08:2015/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột B1), QCVN 09:2015/BTNMT về chất lượng nước ngầm và QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu thứ cấp từ các báo cáo quan trắc định kỳ giai đoạn 2014-2016 của Công ty Than Khánh Hòa, số liệu kinh tế xã hội của Ủy ban nhân dân xã Phúc Hà và dữ liệu sơ cấp thu thập qua các đợt khảo sát thực địa từ tháng 9/2016 đến tháng 9/2017.

Phương pháp lấy mẫu thực địa được thiết kế với cỡ mẫu gồm 02 vị trí nước mặt trên suối Tân Long (vị trí NM-1 tại thượng lưu cách điểm xả 50m và vị trí NM-2 tại hạ lưu cách điểm xả 50m) cùng 04 vị trí nước ngầm dân sinh (mẫu NG-1 tại xóm 13 gần chân bãi thải Tây, mẫu NG-2 tại xóm 3 phía Đông mỏ, mẫu NG-3 tại xóm 12 giáp phía Tây moong khai thác và mẫu NG-4 tại xóm 8 gần trường tiểu học). Mẫu được lấy theo 02 đợt đo đạc tiêu biểu trong năm: Đợt 1 vào tháng 2/2017 (mùa khô) và Đợt 2 vào tháng 6/2017 (mùa mưa, thời điểm tập trung 85% lượng mưa cả năm đạt 2.007 mm).

Quy trình lấy mẫu tuân thủ nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn TCVN 6663-6:2008 đối với nước mặt, TCVN 6663-11:2011 đối với nước ngầm và bảo quản lạnh mẫu theo TCVN 6663-3:2008. Lý do lựa chọn hệ thống điểm mẫu này nhằm phản ánh chính xác tác động không gian từ moong khai thác và bãi thải đến khu dân cư qua các mùa khí hậu. Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng phương pháp điều tra xã hội học với cỡ mẫu 60 hộ dân sống xung quanh khu mỏ bằng phiếu phỏng vấn chuẩn hóa, kết hợp đo đạc hiện trường bằng máy đo đa chỉ tiêu Horiba và xử lý dữ liệu thống kê trên phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích mẫu nước mặt tại suối Tân Long cho thấy sự gia tăng rõ rệt của hàm lượng chất rắn lơ lửng và kim loại sắt tại vị trí tiếp nhận nước thải. Vào mùa khô tháng 2/2017, khi lưu lượng tự nhiên của suối giảm xuống chỉ còn khoảng 128 l/s, nồng độ TSS tại điểm hạ lưu NM-2 cao hơn điểm thượng lưu NM-1 khoảng 1,8 lần, đồng thời tổng hàm lượng Fe ghi nhận mức tăng hơn 65%, tiệm cận ngưỡng giới hạn quy chuẩn cho phép đối với mục đích tưới tiêu nông nghiệp.

Đối với môi trường nước ngầm, các giếng khoan tại khu dân cư chịu ảnh hưởng không đồng đều. Mẫu nước NG-1 tại xóm 13 (chân bãi thải Tây) và mẫu NG-3 tại xóm 12 (giáp moong khai thác sâu đến -87m và -120m) có độ pH dao động ở mức axit nhẹ từ 5,8 đến 6,2. Hàm lượng sắt tổng số tại các điểm này đều cao hơn so với mẫu NG-4 tại xóm 8 từ 1,4 đến 2,1 lần. Chỉ tiêu vi sinh vật Coliform tại một số điểm lấy mẫu đợt tháng 6/2017 xuất hiện với mật độ tăng cao do hiện tượng rửa trôi bề mặt vào mùa mưa.

Kết quả điều tra xã hội học trên 60 hộ gia đình ghi nhận có đến 78,3% số người được phỏng vấn cho rằng nguồn nước sinh hoạt và tưới tiêu bị suy giảm chất lượng rõ rệt kể từ khi mỏ mở rộng quy mô. Khoảng 63,3% hộ dân phản ánh hiện tượng nước giếng bị đục, có cặn lắng màu vàng nâu, và hơn 45% người dân bày tỏ lo ngại về các triệu chứng bệnh ngoài da, đau mắt khi sử dụng nguồn nước này.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng suy thoái môi trường nước tại xã Phúc Hà là do hoạt động bóc đất đá với khối lượng lớn từ các moong D và C có đáy sâu tới mức -120m. Nước tháo khô moong khai thác mang theo lượng cặn lơ lửng khổng lồ, khi xả trực tiếp ra suối Tân Long qua các hồ lắng chưa đảm bảo thời gian lưu sẽ gây bồi lắng dòng chảy. Đồng thời, nước mưa thẩm thấu qua các bãi thải đất đá cao (như bãi thải Nam và bãi thải Tây) đã hòa tan khoáng chất kim loại và ngấm vào các thấu kính chứa nước ngầm xung quanh.

So sánh với các khu vực khai khoáng khác tại Thái Nguyên, mức độ ô nhiễm tại mỏ than Khánh Hòa có đặc tính tương đồng với mỏ than Phấn Mễ (phát sinh lưu lượng nước thải 6.444.000 m3/năm đổ vào sông Đu) và mỏ than Núi Hồng (998.400 m3/năm), nơi thông số TSS và kim loại nặng thường xuyên vượt chuẩn do công nghệ lắng lọc thô sơ. Tuy nhiên, hàm lượng chì (Pb) trong nước ngầm tại Phúc Hà vẫn duy trì dưới ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 09:2015/BTNMT, cho thấy nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng nguy hại chưa ở mức báo động đỏ nhưng nguy cơ ô nhiễm cặn lơ lửng và sắt là hiện hữu.

Các diễn biến dữ liệu trong nghiên cứu được trực quan hóa rất hiệu quả thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ TSS và Fe giữa hai đợt quan trắc mùa khô và mùa mưa, biểu đồ phân tán thể hiện sự biến thiên độ pH nước ngầm theo khoảng cách tới moong khai trường, cùng bảng ma trận đối chiếu mức độ hài lòng của 60 hộ dân với các chỉ số hóa lý thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Công ty Than Khánh Hòa cần cải tạo và nâng cấp toàn bộ hệ thống hồ lắng phân cấp đối với 1.000.000 m3 nước thải moong phát sinh hàng năm. Bổ sung trạm xử lý hóa lý sử dụng vôi tôi Ca(OH)2 để trung hòa độ axit và hóa chất keo tụ PAC nhằm loại bỏ triệt để 95% hàm lượng TSS và kim loại sắt, đảm bảo nước thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B trước khi xả ra suối Tân Long trong giai đoạn 2018-2019.

Thứ hai, doanh nghiệp phải phối hợp với chính quyền địa phương gia cố chân đê kè tại bãi thải Tây và bãi thải Nam, xây dựng rãnh thu gom nước mặt xung quanh chân bãi thải dẫn về trạm xử lý tập trung. Tiến hành trồng bổ sung ít nhất 25.000 cây keo lai phủ xanh các tầng thải đã dừng đổ nhằm chống sạt lở và giảm thiểu 80% lượng bùn đất bị rửa trôi trong các tháng mưa cao điểm từ tháng 6 đến tháng 9.

Thứ ba, Ủy ban nhân dân thành phố Thái Nguyên và Ủy ban nhân dân xã Phúc Hà cần triển khai dự án cấp nước sạch tập trung từ nhà máy nước đô thị đến 100% hộ dân tại các xóm 3, xóm 12 và xóm 13 trong thời hạn 12 tháng, giúp người dân chấm dứt việc sử dụng trực tiếp nước giếng ngầm chưa qua xử lý.

Thứ tư, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố cần thiết lập trạm quan trắc nước mặt tự động liên tục tại cửa xả suối Tân Long, thực hiện thanh kiểm tra định kỳ 04 lần/năm và công khai kết quả phân tích mẫu nước cho đại diện cộng đồng 60 hộ dân giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu khoa học và thực tiễn giá trị dành cho các nhóm đối tượng cụ thể:

  • Học viên cao học và sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai và Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo phương pháp xây dựng mạng lưới lấy mẫu nước mặt, nước ngầm theo chuẩn TCVN và quy trình xử lý số liệu quan trắc kết hợp điều tra xã hội học.
  • Cán bộ kỹ thuật an toàn và môi trường tại các doanh nghiệp khai thác mỏ thuộc Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam: Ứng dụng mô hình đánh giá tải lượng dòng thải moong sâu (-87m đến -120m) để thiết kế hệ thống xử lý nước thải và lập Báo cáo Đánh giá tác động môi trường.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên): Khai thác dữ liệu thực chứng phục vụ công tác quy hoạch lưu vực xả thải suối Tân Long - Sông Cầu và xây dựng chính sách thu phí bảo vệ môi trường.
  • Chính quyền địa phương xã Phúc Hà và thành phố Thái Nguyên: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm căn cứ khoa học giải quyết tranh chấp môi trường, đền bù dân sinh và quy hoạch hạ tầng cấp nước sạch bền vững cho người dân.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động khai thác mỏ than Khánh Hòa làm phát sinh các nguồn nước thải chính nào? Nguồn thải lớn nhất là nước tháo khô moong khai thác với lưu lượng xấp xỉ 1.000.000 m3/năm chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng và sắt cao, cùng với nước mưa chảy tràn rửa trôi qua diện tích 328,0 ha bãi thải đất đá xả trực tiếp vào lưu vực suối Tân Long.

Chất lượng nước mặt suối Tân Long bị suy giảm cụ thể ở những chỉ tiêu nào? Dữ liệu quan trắc qua 2 đợt tháng 2 và tháng 6/2017 cho thấy thông số tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng sắt (Fe) tại điểm hạ lưu NM-2 đều tăng từ 1,5 đến 1,8 lần so với điểm thượng lưu NM-1, đặc biệt trầm trọng vào mùa khô khi lưu lượng dòng chảy tự nhiên giảm mạnh.

Nước ngầm tại các xóm lân cận mỏ than Khánh Hòa có an toàn cho sinh hoạt không? Các mẫu nước ngầm NG-1 và NG-3 tại xóm 12, xóm 13 giáp moong sâu -120m và chân bãi thải có dấu hiệu axit hóa nhẹ với độ pH từ 5,8 đến 6,2, hàm lượng sắt và vi sinh vật Coliform vượt ngưỡng QCVN 09:2015/BTNMT, không an toàn nếu uống trực tiếp khi chưa qua lọc.

Quy mô khảo sát người dân địa phương trong đề tài được thực hiện như thế nào? Tác giả đã phỏng vấn ngẫu nhiên 60 hộ dân sinh sống quanh khu mỏ bằng phiếu điều tra chuẩn hóa, ghi nhận hơn 78% ý kiến xác nhận nguồn nước bị biến đổi màu sắc và 63,3% hộ phản ánh nước giếng khoan bị lắng cặn vàng nâu.

Giải pháp cấp bách nhất để bảo vệ sức khỏe người dân xã Phúc Hà là gì? Giải pháp quan trọng nhất là thành phố Thái Nguyên cần hoàn thiện mạng lưới đường ống cấp nước sạch tập trung cho 100% hộ dân vùng ảnh hưởng trong vòng 12 tháng, kết hợp yêu cầu mỏ than vận hành trạm xử lý nước thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra môi trường.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt suối Tân Long và nước ngầm tại xã Phúc Hà dưới tác động của mỏ than Khánh Hòa.
  • Xác định rõ lưu lượng nước thải moong khai trường lên tới 1.000.000 m3/năm là nguồn gây gia tăng 65% nồng độ sắt và làm tăng đáng kể chất rắn lơ lửng ở hạ lưu tiếp nhận.
  • Chứng minh hoạt động khai thác moong sâu tới -120m và các bãi thải đất đá đã làm suy giảm cục bộ chất lượng nước ngầm tại các xóm 12 và 13, khiến độ pH giảm xuống 5,8-6,2.
  • Ghi nhận bức tranh xã hội học thực tế với 78,3% trong tổng số 60 hộ dân phản ánh nguồn nước bị vẩn đục, vàng cặn và lo ngại rủi ro bệnh tật.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, lâm sinh và quản lý đồng bộ với mục tiêu phủ xanh 25.000 cây keo lai và phủ kín mạng lưới nước sạch trong lộ trình 2018-2020.

Công trình nghiên cứu của học viên Đinh Thị Lan Hương là tài liệu học thuật có giá trị thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quản trị môi trường mỏ. Các cơ quan ban ngành và doanh nghiệp khai khoáng cần khẩn trương phối hợp triển khai các khuyến nghị kỹ thuật nhằm hiện thực hóa mục tiêu phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ an ninh nguồn nước bền vững.