Tổng quan nghiên cứu

Khai thác khoáng sản giữ vai trò nòng cốt trong việc thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia. Tuy nhiên, các hoạt động bóc đất tầng phủ, khoan nổ mìn và đổ thải lộ thiên luôn tạo ra những sức ép nặng nề lên môi trường tự nhiên. Theo số liệu thống kê của ngành khai khoáng, để sản xuất 1 tấn than sạch cần bóc đi từ 8 đến 10 m³ đất đá và thải ra từ 1 đến 3 m³ nước thải mỏ. Mỏ than Núi Hồng tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên sở hữu trữ lượng địa chất 15,08 triệu tấn than antraxit, vận hành với công suất thiết kế 400.000 tấn/năm trên diện tích khai trường 278,1 ha.

Từ khi đi vào hoạt động chính thức vào năm 1980, mỏ đã cung cấp hàng triệu tấn nhiên liệu phục vụ các nhà máy nhiệt điện và cơ sở luyện kim tại miền Bắc. Đi cùng sự tăng trưởng sản lượng, mỏ than Núi Hồng phát sinh lưu lượng nước thải lên tới 998.400 m³/năm, kéo theo nguy cơ ô nhiễm bụi, tiếng ồn và suy thoái nguồn tài nguyên đất nước. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng các thành phần môi trường không khí, nước, đất và công tác quản lý môi trường tại mỏ, từ đó xây dựng hệ sinh thái giải pháp kỹ thuật và quản trị bền vững.

Phạm vi nghiên cứu tập trung tại khu vực khai trường mỏ than Núi Hồng và các khu dân cư lân cận trong bán kính từ 1 đến 10 km thuộc xã Yên Lãng, thực hiện trong giai đoạn từ tháng 7/2014 đến tháng 7/2015 cùng chuỗi số liệu quan trắc giai đoạn 2013-2015. Ý nghĩa của đề tài được lượng hóa qua việc xác định chính xác các chỉ số ô nhiễm như nồng độ bụi lơ lửng vượt từ 1,5 đến 4,2 lần và tổng chất rắn lơ lửng trong nước thải vượt tiêu chuẩn xả thải, cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn cho cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nguyên lý sinh thái học môi trường, lý thuyết kinh tế tài nguyên và chu trình phát tán ô nhiễm trong công nghệ khai thác khoáng sản lộ thiên. Mô hình nghiên cứu tích hợp chu trình đánh giá phát thải dòng vật chất và lý thuyết đánh giá sức chịu tải của hệ sinh thái tiếp nhận. Năm khái niệm nền tảng được vận dụng xuyên suốt bao gồm: môi trường tự nhiên, ô nhiễm môi trường, quy chuẩn kỹ thuật môi trường, công nghệ khai thác mỏ lộ thiên và năng lực phục hồi môi trường sau khai thác.

Khung pháp lý của đề tài dựa trên Luật Bảo vệ môi trường năm 2014, Luật Khoáng sản năm 2010, Luật Tài nguyên nước năm 2012 cùng Quyết định số 18/2013/QĐ-TTg về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khoáng sản. Đồng thời, nghiên cứu tích hợp lý thuyết đánh giá rủi ro sức khỏe cộng đồng nhằm đo lường mức độ phơi nhiễm bụi mịn, tiếng ồn và kim loại nặng của cư dân sống trong bán kính 10 km quanh khai trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp, điều tra khảo sát xã hội học và quan trắc thực nghiệm ngoài thực địa. Cỡ mẫu điều tra xã hội học gồm 150 phiếu phỏng vấn trực tiếp, phân bổ cho 100 hộ dân tại các xóm giáp ranh mỏ chịu tác động trực tiếp và 50 cán bộ quản lý, công nhân kỹ thuật làm việc tại mỏ. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng được lựa chọn nhằm thu thập đầy đủ, khách quan ý kiến đánh giá từ các nhóm đối tượng chịu ảnh hưởng khác nhau.

Nguồn dữ liệu quan trắc thực địa được thu thập định kỳ theo quý trong năm 2013, 2014 và 6 tháng đầu năm 2015 với mạng lưới lấy mẫu đại diện: 5 điểm không khí nội mỏ (tần suất 4 lần/năm), 4 điểm không khí khu dân cư xung quanh (2 lần/năm), 2 điểm nước thải moong (4 lần/năm), 2 điểm nước mặt suối tiếp nhận (2 lần/năm), 2 điểm nước ngầm (2 lần/năm) và 2 điểm mẫu đất canh tác (4 lần/năm).

Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn theo tiêu chuẩn TCVN 5067:1995 đối với bụi lơ lửng, TCVN 6137:1996 đối với khí NO2, TCVN 5971:1995 đối với khí SO2, TCVN 6492:1999 đối với pH và phương pháp SMEWW chuẩn quốc tế đối với BOD5, COD, TSS cùng các kim loại nặng As, Cd, Pb, Mn, Fe. Lý do lựa chọn hệ phương pháp phân tích chuẩn hóa này nhằm đảm bảo tính chính xác, cho phép đối chiếu trực tiếp với các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia gồm QCVN 05:2013/BTNMT, QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 08:2008/BTNMT, QCVN 09:2008/BTNMT và QCVN 03:2008/BTNMT. Dữ liệu lượng mưa chảy tràn trên diện tích hứng nước 18 ha được tính toán bằng phương pháp cân bằng thủy văn trên phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, môi trường không khí tại khu vực khai trường và các tuyến đường vận chuyển nội bộ bị ô nhiễm bụi nghiêm trọng. Hàm lượng tổng bụi lơ lửng (TSP) đo được dao động từ 0,45 mg/m³ đến 1,28 mg/m³, vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 05:2013/BTNMT từ 1,5 đến 4,2 lần vào mùa khô. Cường độ tiếng ồn tại khu vực máy sàng tuyển và bốc xúc đạt mức 78 đến 84 dBA, vượt giới hạn cho phép theo Quyết định số 3733/2002/QĐ-BYT khoảng 5% đến 12%. Các khí độc hại như SO2, NO2, CO vẫn nằm trong ngưỡng giới hạn an toàn.

Thứ hai, nguồn nước thải mỏ phát sinh với lưu lượng 998.400 m³/năm mang hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt từ 2,3 đến 6,8 lần quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột B). Hàm lượng mangan (Mn) trong nước thải moong đạt từ 1,2 đến 2,8 mg/l, vượt ngưỡng cho phép từ 40% đến 85%. Nước mặt tại suối tiếp nhận cách khai trường 1 km ghi nhận chỉ số BOD5 và COD tăng từ 15% đến 35% so với nền nước tự nhiên, đe dọa trực tiếp nguồn nước tưới tiêu.

Thứ ba, môi trường đất canh tác lân cận xuất hiện dấu hiệu tích lũy kim loại nặng Asen (As) và Đồng (Cu) do bùn than lắng đọng sau các trận mưa lớn. Kết quả khảo sát 100 hộ dân chỉ ra 78% số hộ khẳng định đời sống sinh hoạt bị xáo trộn bởi bụi và tiếng ồn, trong đó tỷ lệ người dân mắc các bệnh hô hấp và ngoài da chiếm hơn 42%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí bắt nguồn từ công đoạn khoan nổ mìn định kỳ, hoạt động bốc xúc của máy xúc xúc tích lớn và quá trình vận chuyển than liên tục bằng dàn xe tải KPAZ, CAT trên nền đường cấp phối không được phun ẩm thường xuyên. Về nguồn nước, các hố lắng thủ công hiện hữu của mỏ chưa đủ thời gian lưu đáy và thiếu công đoạn keo tụ hóa lý, dẫn đến lượng lớn hạt keo than mịn và ion kim loại Mn, Fe thoát ra suối Tân Long.

Khi đặt cạnh các mỏ lân cận tại tỉnh Thái Nguyên như mỏ than Phấn Mễ (xả thải 6,49 triệu m³/năm) hay mỏ than Khánh Hòa (xả thải 1,0 triệu m³/năm), mỏ Núi Hồng có lưu lượng xả thải tương đương nhưng nguy cơ bồi lắng lòng suối cao hơn do địa hình lòng chảo xã Yên Lãng. Toàn bộ diễn biến nồng độ TSS, Mn, tiếng ồn và hàm lượng kim loại nặng trong đất giai đoạn 2013-2015 có thể được minh họa trực quan qua biểu đồ đường xu hướng và bảng ma trận đối chuẩn, phản ánh quy luật gia tăng mức độ ô nhiễm đồng biến với sản lượng than khai thác hàng năm.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp công nghệ và lắp đặt hệ thống lọc bụi túi vải kết hợp giàn phun sương dập bụi tự động công suất lớn tại 2 dây chuyền sàng tuyển 150 tấn/ca, đồng thời phủ bạt kín 100% thùng xe vận chuyển nhằm cắt giảm trên 85% lượng bụi lơ lửng phát tán, hoàn thành trong quý II/2016 do Chi nhánh Than Núi Hồng chủ trì thực hiện.

Thứ hai, xây dựng trạm xử lý nước thải mỏ tập trung công suất 1.200 m³/ngày đêm ứng dụng công nghệ keo tụ lắng kết hợp lọc áp lực và trung hòa hóa chất, bảo đảm hạ nồng độ TSS xuống dưới 50 mg/l và Mn dưới 0,5 mg/l theo chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, triển khai hoàn thiện trong giai đoạn 2016-2017 do Ban quản lý mỏ phối hợp với đơn vị tư vấn môi trường thực hiện.

Thứ ba, tiến hành phủ xanh và cải tạo phục hồi môi trường trên diện tích 45 ha bãi thải và sườn dốc moong bằng cây keo tai tượng kết hợp gieo cỏ chống xói mòn, giúp giảm 90% nguy cơ sạt lở đất đá trong mùa mưa lũ, thực hiện liên tục từ năm 2016 đến 2018 dưới sự giám sát của Phòng An toàn và Môi trường.

Thứ tư, thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục đối với nguồn nước thải và không khí xung quanh, định kỳ kiểm tra 4 lần/năm, đồng thời cam kết trích lập quỹ an sinh bồi hoàn môi trường tối thiểu 500 triệu đồng/năm để hỗ trợ chăm sóc y tế cộng đồng, do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên cùng Ủy ban nhân dân huyện Đại Từ định kỳ thanh tra, giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Đại Từ sử dụng số liệu làm căn cứ khoa học để thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường, cấp phép xả thải 998.400 m³/năm và hoạch định chính sách bảo vệ môi trường khoáng sản địa phương.

Nhóm doanh nghiệp khai khoáng: Ban lãnh đạo, cán bộ quản lý kỹ thuật và an toàn môi trường tại Chi nhánh Than Núi Hồng cùng các đơn vị khai thác mỏ lộ thiên thuộc Tổng công ty Than Việt Nam tham khảo mô hình xử lý nước thải moong và giải pháp giảm thiểu bụi quy mô công nghiệp.

Nhóm viện nghiên cứu và trường đại học: Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên khai thác phương pháp luận thiết kế mạng lưới quan trắc đa môi trường và quy trình xử lý 150 mẫu điều tra thực nghiệm.

Nhóm chính quyền cơ sở và cộng đồng dân cư: Ủy ban nhân dân xã Yên Lãng cùng các tổ chức đoàn thể địa phương vận dụng kết quả khảo sát thực tế để tăng cường giám sát cộng đồng và đề xuất chương trình bảo vệ sức khỏe cho hơn 100 hộ dân khu vực giáp ranh mỏ.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn phát sinh ô nhiễm không khí chính tại mỏ than Núi Hồng xuất phát từ những công đoạn nào?

Ô nhiễm không khí chủ yếu phát sinh từ quá trình khoan nổ mìn mở vỉa, bốc xúc đất đá và vận chuyển than bằng xe tải nặng trên các cung đường nội bộ dài nhiều kilomet. Nồng độ tổng bụi lơ lửng (TSP) tại đây thường xuyên vượt quy chuẩn kỹ thuật từ 1,5 đến 4,2 lần vào mùa khô, gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt của hơn 100 hộ dân lân cận.

Nước thải mỏ than Núi Hồng có những chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng nào cần xử lý khẩn cấp?

Với lưu lượng xả thải lên đến 998.400 m³/năm, nước thải moong của mỏ chứa hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt quy chuẩn từ 2,3 đến 6,8 lần. Đồng thời, nồng độ kim loại nặng mangan (Mn) dao động từ 1,2 đến 2,8 mg/l, vượt ngưỡng an toàn quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT, gây nguy cơ bồi lắng và ô nhiễm nguồn nước mặt khu vực tiếp nhận.

Quy mô và phương pháp điều tra xã hội học trong luận văn được thực hiện ra sao?

Tác giả đã triển khai 150 phiếu phỏng vấn ngẫu nhiên phân tầng theo phương pháp điều tra trực tiếp, bao gồm 100 hộ dân sinh sống trong bán kính từ 1 đến 10 km quanh mỏ và 50 cán bộ, công nhân kỹ thuật. Dữ liệu thực chứng cho thấy 78% số hộ dân phản ánh bị tác động bởi bụi và tiếng ồn, giúp tăng tính khách quan cho nghiên cứu.

Mô hình xử lý nước thải nào được đề xuất để giải quyết triệt để vấn đề chất rắn lơ lửng và kim loại nặng?

Luận văn đề xuất đầu tư trạm xử lý tập trung công suất 1.200 m³/ngày đêm kết hợp các công đoạn keo tụ tạo bông hóa lý, lắng bùn trọng lực và lọc áp lực cát thạch anh. Quy trình này giúp loại bỏ trên 90% hàm lượng TSS và khử các ion Mn, Fe hòa tan về dưới giới hạn cho phép trước khi thoát ra suối.

Hoạt động khai thác than Núi Hồng ảnh hưởng như thế nào đến sản xuất nông nghiệp của xã Yên Lãng?

Nước mưa chảy tràn qua diện tích 18 ha khai trường cuốn theo bùn than và kim loại nặng gây bồi lắng kênh mương, làm suy thoái chất lượng đất canh tác hoa màu. Khảo sát thực địa ghi nhận hiện tượng này làm giảm từ 10% đến 20% năng suất cây trồng tại các khu vực đồng ruộng nằm dọc theo dòng thoát lũ của mỏ.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường không khí, nước, đất tại mỏ than Núi Hồng với công suất khai thác 400.000 tấn/năm.
  • Xác định mức độ vượt chuẩn của các thông số trọng yếu gồm bụi TSP (vượt từ 1,5 đến 4,2 lần) và TSS trong nước thải mỏ (vượt từ 2,3 đến 6,8 lần).
  • Hoàn thành điều tra thực chứng 150 phiếu xã hội học, ghi nhận 78% người dân chịu tác động bởi bụi và tiếng ồn khai trường.
  • Xác lập mô hình tính toán thủy văn lượng nước mưa chảy tràn trên 18 ha mặt bằng và dòng thải 998.400 m³/năm.
  • Đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản trị giúp cắt giảm trên 85% tải lượng ô nhiễm phát tán ra môi trường tự nhiên.

Luận văn đã đóng góp hệ thống cứ liệu khoa học và thực tiễn vững chắc cho công tác quản trị môi trường mỏ than lộ thiên tại tỉnh Thái Nguyên. Kế hoạch hành động giai đoạn 2016-2020 đòi hỏi sự vào cuộc quyết liệt của doanh nghiệp trong việc đầu tư trạm xử lý nước thải 1.200 m³/ngày đêm và phủ xanh 45 ha bãi thải. Các cơ quan quản lý và bạn đọc quan tâm có thể tiếp cận toàn văn luận văn để ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn quản lý khoáng sản bền vững.