Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp khai thác than giữ vị trí then chốt trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp trực tiếp vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, đặc biệt là cung cấp nhiên liệu cho ngành nhiệt điện. Tỉnh Quảng Ninh là trung tâm than đá lớn nhất cả nước với hai phương thức khai thác chủ yếu: lộ thiên và hầm lò. Trong đó, khai thác hầm lò chiếm tỷ trọng sản lượng ngày càng lớn khi các diện khai thác dần xuống sâu dưới mực nước biển từ vài chục mét đến hàng trăm mét.

Điều kiện địa chất - thủy văn phức tạp tại các đường lò sâu làm phát sinh hàng nghìn mét khối nước thải mỗi ngày do nước ngầm và nước bề mặt thẩm thấu. Nước thải hầm lò mang tính axit, chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cùng các kim loại hòa tan ở mức cao. Nếu xả thẳng ra hệ thống thủy vực tự nhiên mà không qua xử lý kiểm soát, nguồn thải này sẽ gây suy thoái môi trường nước nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và đời sống cư dân lân cận.

Mặt khác, khai thác than là ngành công nghiệp thâm dụng lao động. Trung bình một mỏ khai thác hầm lò tập trung từ 700 đến 1.000 công nhân làm việc trực tiếp, trong khi mỏ lộ thiên sử dụng từ 200 đến 400 công nhân. Nhu cầu sử dụng nước cấp cho sinh hoạt, tắm giặt của thợ mỏ sau ca sản xuất đạt định mức 135 lít/người/ngày lao động, cùng với lượng nước rất lớn phục vụ sản xuất công nghiệp và phun sương dập bụi đường lò. Phần lớn các khai trường mỏ đều phân bố ở độ cao lớn so với mực nước biển, địa hình đồi núi dốc khiến việc mua và vận chuyển nước sạch từ mạng lưới cấp nước đô thị gặp nhiều trở ngại kỹ thuật và phát sinh chi phí vận hành cao. Do đó, việc nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải hầm lò nhằm tái tuần hoàn cấp cho sinh hoạt và sản xuất là yêu cầu kỹ thuật và kinh tế cấp thiết tại Công ty Cổ phần than Hà Lầm – Vinacomin.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản gồm:

  1. Mục tiêu tổng quát:
    • Đánh giá hiện trạng mức độ ô nhiễm của nước thải hầm lò và xác định phương hướng khắc phục, hạn chế ô nhiễm môi trường nước, góp phần đảm bảo sự phát triển bền vững cho công ty và khu vực lân cận.
    • Nâng cao nhận thức thực tiễn về diễn biến ô nhiễm và hiện trạng dòng thải hầm lò trong hoạt động khai thác than hiện nay.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Xác định hiện trạng và đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải hầm lò tại Công ty Cổ phần than Hà Lầm – Vinacomin trong các công đoạn khai thác, sản xuất và chế biến than.
    • Đề xuất quy trình công nghệ xử lý phù hợp nhằm tận dụng nguồn nước thải hầm lò sau xử lý để tái cấp cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của công ty.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ quá trình khai thác, sản xuất và chế biến than tại các khu vực thuộc Công ty Cổ phần than Hà Lầm – Vinacomin.
  • Phạm vi không gian: Khai trường khai thác, các tuyến lò, hố thu gom nước thải mặt bằng -51, trạm xử lý nước thải mặt bằng +28, các khu vực sàng tuyển than và hệ thống thoát nước suối Hà Lầm thuộc địa bàn phường Hà Lầm, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh (tổng diện tích khai trường khoảng 5 km²).
  • Phạm vi thời gian: Quá trình theo dõi, thu thập dữ liệu và quan trắc thực địa được triển khai từ tháng 8/2015 đến tháng 12/2015, với 4 đợt lấy mẫu phân tích môi trường vào các ngày 07/09/2015, 06/10/2015, 05/11/2015 và 05/12/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các khái niệm quy chuẩn về môi trường, ô nhiễm nước và suy thoái nguồn nước theo Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam. Tác giả phân tích bản chất hình thành nước thải mỏ từ ba nguồn chính: nước bơm từ các cửa lò ngầm, nước tháo khô moong lộ thiên, và nước thải từ các nhà máy sàng tuyển than; cùng với dòng chảy tràn bề mặt và nước thải sinh hoạt mỏ. Nước thải hầm lò mang các đặc tính cơ bản gồm độ pH thấp (3 < pH < 5) do sự oxy hóa các khoáng vật sulfide (chủ yếu là pyrit), hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) cao, nồng độ kim loại nặng sắt (Fe), mangan (Mn) hòa tan vượt chuẩn và nguy cơ nhiễm dầu mỡ khoáng từ thiết bị cơ giới.

Khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng trong nghiên cứu bao gồm:

  • Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (Luật số 55/2014/QH13); Luật Tài nguyên nước năm 2012 (Luật số 17/2012/QH13); Luật Hóa chất năm 2007 (Luật số 06/2007/QH12).
  • Các Nghị định của Chính phủ: Nghị định số 201/2013/NĐ-CP; Nghị định số 04/2007/NĐ-CP; Nghị định số 25/2013/NĐ-CP về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
  • Các Thông tư chuyên ngành: Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT (bảo đảm và kiểm soát chất lượng quan trắc môi trường); Thông tư số 63/2013/TTLT-BTC-BTNMT; Thông tư số 27/2014/TT-BTNMT; Thông tư số 06/2013/BTNMT; Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT.
  • Văn bản địa phương: Quyết định số 1714/QĐ-UBND và Quyết định số 3594/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh về quản lý và quy hoạch tài nguyên nước.
  • Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật: QCVN 40:2011/BTNMT (cột B - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp); QCVN 08:2008/BTNMT; QCVN 24:2009/BTNMT; QCVN 02:2009/BYT (chất lượng nước sinh hoạt); QCVN 38:2011/BTNMT; QCVN 09:2008/BTNMT; TCVN 7957:2008 (tiêu chuẩn thiết kế hệ thống xử lý nước thải); TCVN 5502:2003; TCVN 5999:1995 (hướng dẫn lấy mẫu nước thải).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai gồm:

  1. Phương pháp thu thập tài liệu: Tổng hợp chuỗi số liệu thứ cấp về điều kiện khí tượng, thủy văn từ trạm Bãi Cháy (năm 2013); tài liệu địa chất mỏ điệp Hòn Gai; cơ cấu vỉa than; định mức tiêu hao nguyên, nhiên liệu 6 tháng đầu năm 2014 và báo cáo kỹ thuật các trạm xử lý nước thải hiện hữu của Công ty than Hà Lầm.
  2. Phương pháp khảo sát thực địa: Trực tiếp khảo sát hiện trường tại mặt bằng -51 (hố thu nước ngầm trung tâm), mặt bằng +28 (vị trí đặt trạm xử lý), các khai trường lộ thiên, tuyến lò chợ, hệ thống rãnh hở dẫn dòng và suối Hà Lầm.
  3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Lấy 4 đợt mẫu nước thải hầm lò tại điểm bơm cửa lò lên trạm xử lý mặt bằng +28 (các ngày 07/09, 06/10, 05/11 và 05/12/2015). Quy trình quan trắc tuân thủ Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT, bảo quản mẫu theo TCVN 5999:1995 (chứa trong chai chuyên dụng, giữ tối và nhiệt độ thấp). Mẫu được phân tích tại Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường (phòng thí nghiệm đạt chuẩn theo Nghị định 127/NĐ-CP) với 12 chỉ tiêu: pH, TSS, BOD5, COD, Fe tổng, Mn, Pb, Cu, Cd, Clorua, dầu mỡ khoáng và tổng Coliform.
  4. Phương pháp phân tích, tổng hợp và xử lý số liệu: Ứng dụng phần mềm Word và Excel để xử lý toán thống kê, lập bảng dữ liệu và vẽ biểu đồ phân bố nồng độ chất ô nhiễm qua các đợt quan trắc.
  5. Phương pháp so sánh: Đối chiếu kết quả phân tích với giới hạn quy định tại cột B của QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 02:2009/BYT để đánh giá mức độ ô nhiễm và hiệu quả xử lý của các dây chuyền công nghệ.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh ngành khai thác than Quảng Ninh đẩy mạnh sản xuất hầm lò xuống các mức sâu. Khóa luận nêu bật mâu thuẫn giữa lượng nước thải hầm lò phát sinh lớn gây ô nhiễm thủy vực suối Hà Lầm với nhu cầu sử dụng nước sạch phục vụ 700 - 1.000 công nhân mỏ (định mức 135 lít/người/ngày) và nước dập bụi sản xuất. Nội dung phần này xác định mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể, các yêu cầu kỹ thuật cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình nghiên cứu.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết hệ thống lý thuyết về nguồn gốc, động học và thành phần ô nhiễm của nước mỏ. Nước thải hình thành do nước ngầm và nước mặt thẩm thấu qua các tầng đất đá nứt nẻ, tiếp xúc với vỉa than và khoáng chất sunfua sinh ra axit sunfuric, hòa tan kim loại nặng Fe, Mn. Tác giả tổng hợp các công nghệ xử lý nước mỏ đang được áp dụng tại Quảng Ninh như: keo tụ - lắng - lọc; công nghệ lọc màng UF tại mỏ Mạo Khê và Công ty than 790; phương pháp đông keo tụ tại mỏ Hà Tu, Vàng Danh, 618; công nghệ lắng lọc hóa lý tại mỏ Hòn Gai, mỏ Thành Công; bể lắng ngang và lắng ly tâm tại mỏ Cao Sơn, Cao Thắng; công nghệ đĩa lọc kết hợp vật liệu ODM và màng lọc Nano.

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

Văn bản quy định rõ đối tượng nghiên cứu là nước thải phát sinh tại Công ty than Hà Lầm trong giai đoạn từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2015. Tác giả mô tả chi tiết quy trình lấy 4 đợt mẫu tại cửa lò bơm lên mặt bằng +28, phương pháp bảo quản mẫu gửi về Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường, danh mục 12 chỉ tiêu hóa lý - vi sinh phân tích, cùng phương pháp đối chiếu với QCVN 40:2011/BTNMT cột B.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4 cung cấp toàn bộ các số liệu khảo sát điều kiện tự nhiên, sản xuất và chất lượng môi trường:

  • Điều kiện tự nhiên khu vực: Trạm khí tượng Bãi Cháy ghi nhận lượng mưa trung bình năm đạt 1.813,8 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 (chiếm tỷ trọng lớn nhất vào các tháng 7, 8, 9 với lượng mưa tháng từ 318,6 đến 389,3 mm). Nhiệt độ trung bình năm là 22,6°C; độ ẩm trung bình 82,4%; tổng số giờ nắng trung bình 1.430,9 giờ/năm. Địa tầng chứa than thuộc điệp Hòn Gai (chiều dày trầm tích 500 - 700m, trung bình 540m). Nước mặt thoát về suối Hà Lầm có lưu lượng mùa mưa đạt cực tiểu $Q_{min} = 0,5\text{ l/s}$. Tầng chứa nước ngầm trên vỉa trụ có lưu lượng 0,061 - 1,81 l/s; tầng nước áp lực dưới vỉa trụ có áp lực mạnh.
  • Tổng quan sản xuất mỏ Hà Lầm: Công ty thành lập ngày 01/8/1960. Các vỉa than chính gồm: Vỉa 10 (chiều dày 0,42m, góc dốc 15 - 30°), Vỉa 13 (chiều dày 0,40m, góc dốc 12 - 40°), Vỉa 14 (than Antraxit, tỷ trọng 1,42 t/m³, góc dốc 12 - 40°). Ngày 03/02/2009, mỏ khởi công dự án khai thác dưới mức -50 bằng 3 giếng đứng đầu tiên tại Việt Nam (mức đầu tư trên 2.200 tỷ đồng, công suất 2,4 triệu tấn/năm). Ngày 12/11/2009 chạm mức -300. Công nghệ khai thác áp dụng lò chợ khoan nổ mìn kết hợp giá chống thủy lực di động XDY-1T2/LY, GK/1006/1.4/HT và ZH1800/16/24ZL; quạt thông gió BDCZ-11; vận tải mức -50 bằng tàu điện ZK-10-6/10KP và ray giếng nghiêng DL 2010-80-6; bãi thải đặt tại Bắc Hữu Nghị.
  • Định mức nguyên nhiên liệu (6 tháng đầu năm 2014): Tiêu thụ 84.691 kg thuốc nổ hầm lò; 3.360 m³ gỗ chống lò; 2.210.024 kg thép chống lò; 2.194 cái cột xà chống thủy lực; 744,15 cái cầu máng cào, trượt; 3.930 cái mũi khoan than; 942.202 lít dầu Diesel và 28.021 lít xăng.
  • Kết quả phân tích nước thải hầm lò chưa qua xử lý (4 đợt năm 2015):
TT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Đợt 1 (07/09) Đợt 2 (06/10) Đợt 3 (05/11) Đợt 4 (05/12) QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)
1 pH - 4,0 4,2 3,0 3,0 5,5 – 9,0
2 TSS mg/l 389 500 300 200 100
3 Chì (Pb) mg/l 0,006 0,03 0,5 0,5 0,5
4 Đồng (Cu) mg/l 0,46 0,46 0,4 0,4 2,0
5 Sắt tổng số (Fe) mg/l 7 9 7 10 5
6 Cadimi (Cd) mg/l KPH KPH KPH KPH 0,1
7 Mangan (Mn) mg/l 4 4 7 5 1
8 COD mg/l 200 300 200 200 150
9 BOD5 (20°C) mg/l 10 10 8 6 50
10 Clorua ($Cl^-$) mg/l 1.100 1.100 1.300 1.200 1.000
11 Dầu mỡ khoáng mg/l 1 1 6 8 10
12 Tổng Coliform MPN/100ml 50 50 50 50 5.000

(Ghi chú: KPH: Không phát hiện).

  • Đánh giá hiện trạng hệ thống thu gom và xử lý tại mỏ:
    • Nước mưa chảy tràn: Thu gom qua tuyến mương kích thước $700 \times 1.000\text{ mm}$ dẫn về hố lắng cặn trước khi thoát ra môi trường, lưu lượng xả lớn nhất khoảng 840 m³/ngày đêm.
    • Thu gom nước thải hầm lò: Toàn bộ nước ngầm hầm lò thu gom về hố chứa mức -51 có dung tích trên 1.000 m³ để lắng sơ bộ các hạt cặn thô kích thước lớn, sau đó bơm lên mặt bằng +28 qua tuyến rãnh gạch hở kích thước dài $\times$ rộng $\times$ sâu là $20 \times 0,7 \times 1,0\text{ m}$.
    • Hệ thống I: Xây dựng năm 2004, dây chuyền gồm: Song chắn rác $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể phản ứng (châm NaOH nâng pH, keo tụ PAC, trợ lắng PAA, sục khí cưỡng bức oxy hóa kim loại) $\rightarrow$ Bể lắng bùn $\rightarrow$ Thoát ra suối Hà Lầm.
    • Hệ thống II: Vận hành từ tháng 6/2008 (công suất thiết kế 2.500 m³/ngày đêm), từ quý 1/2014 đã chuyển đổi hoàn toàn công năng thành trạm xử lý nước cấp của mỏ.
    • Hệ thống III: Vận hành từ tháng 1/2009 (công suất thiết kế 2.500 m³/ngày đêm, công suất xử lý thực tế tối đa 1.900 m³/ngày đêm). Nước từ mức -51 bơm lên bể trung hòa 3 ngăn dung tích 350 m³; tại đây châm vôi sữa, NaOH, PAC, PAA và hóa chất diệt khuẩn $\text{Ca(OCl)}_2$ kết hợp sục khí hòa trộn. Bùn cặn lắng xuống đáy bể, nước trong qua máng thu bề mặt được bơm áp lực dẫn qua cụm 12 bình lọc áp lực chuyên dụng (dung tích 10 m³/bình). Vật liệu lọc gồm: cát thạch anh cỡ hạt 0,4 - 0,8 mm, vật liệu lọc Fe và Mn, lớp vật liệu đệm cỡ hạt 0,9 - 1,2 mm. Hệ thống vận hành chu trình rửa lọc định kỳ bằng phương pháp rửa ngược (nước và khí nén từ dưới lên) và rửa xuôi (nước từ trên xuống).
    • Phân phối sử dụng: Nước sau Hệ thống III đạt chuẩn sinh hoạt được chia thành hai nguồn: 300 m³/ngày đêm cấp cho tắm giặt công nhân mỏ; 1.600 m³/ngày đêm cấp cho tưới đường dập bụi và vệ sinh công nghiệp. Bùn cặn định kỳ thu gom về bể tập trung và vận chuyển đổ bãi thải.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các phát hiện chính về mức độ ô nhiễm nước thải mỏ Hà Lầm; khẳng định tính đúng đắn của dây chuyền công nghệ xử lý tại Hệ thống III trong việc tái tạo nguồn nước phục vụ sinh hoạt; đồng thời kiến nghị công ty tiếp tục duy trì kiểm soát nghiêm ngặt quy trình châm hóa chất và súc rửa cụm bình lọc áp lực.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp chuỗi số liệu định lượng chi tiết phản ánh chất lượng nước thải hầm lò nguyên khai của Công ty Cổ phần than Hà Lầm – Vinacomin qua 4 đợt quan trắc liên tục trong năm 2015. Các kết quả chính bao gồm:

  1. Xác định mức độ ô nhiễm của dòng thải:

    • Nước thải mang tính axit rõ rệt: Trị số pH dao động trong khoảng 3,0 - 4,2 (trung bình 3,55), thấp hơn ngưỡng quy chuẩn cột B từ 1,7 đến 2,4 lần. Xu hướng pH giảm mạnh nhất vào các tháng mùa khô (tháng 11 và 12 đạt mức 3,0) do lượng nước mưa pha loãng suy giảm.
    • Hàm lượng chất rắn lơ lửng rất cao: TSS dao động từ 200 đến 500 mg/l (trung bình 347,25 mg/l), vượt quy chuẩn cho phép từ 2 đến 5 lần.
    • Ô nhiễm ion kim loại nghiêm trọng: Sắt tổng số dao động 7 - 10 mg/l (trung bình 8,25 mg/l), vượt ngưỡng cho phép 1,4 - 2,0 lần; Mangan dao động 4 - 7 mg/l (trung bình 5,0 mg/l), vượt quy chuẩn từ 4 đến 7 lần.
    • Nhu cầu oxy hóa học: COD dao động 200 - 300 mg/l (trung bình 225 mg/l), vượt quy chuẩn 1,3 - 2,0 lần; trong khi nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 ở mức thấp (6 - 10 mg/l, trung bình 8,5 mg/l), nằm trong giới hạn cho phép ($< 50\text{ mg/l}$).
    • Nồng độ Clorua hòa tan cao bất thường: Nồng độ $Cl^-$ dao động từ 1.100 đến 1.300 mg/l, vượt quy chuẩn quy định (1.000 mg/l) từ 1,1 đến 1,3 lần. Tác giả chỉ rõ đây là dấu hiệu đặc trưng riêng biệt của mỏ than Hà Lầm do vị trí khai trường nằm kề cận vịnh Cửa Lục, dẫn đến hiện tượng nước ngầm trong các tầng nứt nẻ bị nhiễm mặn từ biển.
    • Các thông số nằm trong ngưỡng cho phép: Dầu mỡ khoáng dao động 1 - 8 mg/l (trung bình 4 mg/l); Tổng Coliform ổn định ở mức 50 MPN/100ml; Đồng (0,4 - 0,46 mg/l); Chì (0,006 - 0,5 mg/l); Cadimi không phát hiện qua cả 4 đợt phân tích.

  2. Khảo sát và chuẩn hóa quy trình công nghệ tái tuần hoàn nước thải:

    • Đánh giá dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải Hệ thống III với công suất thực tế tối đa đạt 1.900 m³/ngày đêm.
    • Khẳng định tính hiệu quả của quy trình tích hợp gồm: Bể trung hòa 3 ngăn (dung tích 350 m³) sử dụng đồng thời vôi sữa, NaOH, chất keo tụ PAC, chất trợ lắng PAA và dung dịch khử trùng $\text{Ca(OCl)}_2$ kết hợp sục khí; tiếp nối bằng cụm 12 bình lọc áp lực chuyên dụng (thể tích 10 m³/bình) nạp cát thạch anh (0,4 - 0,8 mm), vật liệu lọc xúc tác Fe, Mn và lớp sỏi đệm (0,9 - 1,2 mm).
    • Đưa ra giải pháp phân luồng tái sử dụng: Điều tiết 300 m³/ngày đêm nước sau lọc áp lực cung cấp cho hệ thống nhà tắm, giặt quần áo bảo hộ của công nhân mỏ và 1.600 m³/ngày đêm tái cấp cho hoạt động dập bụi lò, tưới đường khai trường và rửa thiết bị cơ giới.

Đóng góp thực tiễn của đề tài là cung cấp báo cáo kỹ thuật toàn diện về hiện trạng nguồn nước mỏ tại một đơn vị khai thác giếng đứng dưới mức -300 đầu tiên của Việt Nam; đồng thời chứng minh tính khả thi kỹ thuật của việc chuyển đổi nước thải hầm lò thành nguồn nước cấp sinh hoạt cục bộ, giúp đơn vị tự chủ nguồn nước, giảm chi phí mua nước từ mạng lưới cấp nước ngoài và giảm thiểu lưu lượng chất ô nhiễm xả ra suối Hà Lầm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận còn tồn tại một số giới hạn kỹ thuật được rút ra trực tiếp từ phạm vi và phương pháp nghiên cứu của văn bản:

  • Phạm vi thời gian quan trắc thực địa chỉ kéo dài trong 4 tháng (từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2015) với 4 đợt lấy mẫu đơn chiếc, chủ yếu phản ánh giai đoạn chuyển mùa và đầu mùa khô; chưa bao quát trọn vẹn chu kỳ thủy văn cả năm, đặc biệt là giai đoạn cao điểm mùa mưa lũ (tháng 7 và tháng 8 có lượng mưa vượt trên 350 mm/tháng) khi lưu lượng nước thẩm thấu vào hầm lò tăng đột biến.
  • Điểm lấy mẫu nước thô chỉ tập trung tại hố bơm đầu vào mặt bằng +28 đại diện cho dòng thải hỗn hợp; văn bản chưa tiến hành phân tích phân dòng nước thải riêng biệt tại từng vỉa than khai thác (vỉa 10, vỉa 13, vỉa 14) hay tại các tầng khai thác khác nhau (-50, -300) để đánh giá sự phân dị hóa địa tầng.
  • Đối với nồng độ ion Clorua vượt quy chuẩn công nghiệp do xâm nhập mặn từ khu vực vịnh Cửa Lục, quy trình xử lý keo tụ - lắng - lọc áp lực của Hệ thống III không loại bỏ được ion $Cl^-$, song văn bản chưa đề cập giải pháp khử mặn chuyên sâu (như khử khoáng trao đổi ion hoặc màng thẩm thấu ngược RO).

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung:

  • Tiếp tục mở rộng quan trắc tự động liên tục chất lượng nước thải hầm lò theo đầy đủ 12 tháng trong năm để đánh giá chính xác biến động nồng độ Fe, Mn và TSS dưới tác động của chế độ mưa mùa.
  • Thử nghiệm tích hợp mô đun khử mặn hoặc màng lọc áp lực thẩm thấu vào dây chuyền Hệ thống III nhằm giảm triệt để hàm lượng Clorua, bảo đảm sự ổn định chất lượng nước cấp sinh hoạt theo các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt hơn.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo kỹ thuật và học thuật thực tế đối với:

  • Cơ sở đào tạo và sinh viên: Sinh viên và học viên cao học các ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên Môi trường, Kỹ thuật Khai thác Mỏ tham khảo phương pháp khảo sát thực địa mỏ hầm lò, quy trình lấy mẫu quan trắc theo Thông tư 10/2007/TT-BTNMT và cách xử lý chuỗi số liệu thủy hóa môi trường mỏ.
  • Kỹ sư và đơn vị vận hành mỏ: Cán bộ phụ trách an toàn môi trường, kỹ sư vận hành xử lý nước tại các đơn vị thành viên trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) có thể tham khảo thiết kế công nghệ trạm lọc áp lực 12 bình, cấu trúc vật liệu đệm và định lượng hóa chất keo tụ (PAC, PAA, NaOH, vôi sữa, $\text{Ca(OCl)}_2$) phục vụ tái tuần hoàn nước thải cho sinh hoạt và dập bụi.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Bảng số liệu phân tích 12 chỉ tiêu nước thải hầm lò nguyên khai (Bảng 4.6), quy trình vận hành chu trình rửa ngược - rửa xuôi của cụm bình lọc áp lực Hệ thống III, cùng các dữ liệu thực địa về hệ thống thoát nước thu gom từ mức -51 lên mặt bằng +28.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nước thải hầm lò của Công ty than Hà Lầm được thu gom và vận chuyển lên mặt bằng xử lý như thế nào?

Toàn bộ lượng nước ngầm phát sinh từ các đường lò, nước thẩm thấu bề mặt và nước phục vụ khai thác được dẫn theo hệ thống thoát nước hầm lò chảy về hố thu trung tâm tại mặt bằng -51. Hố thu này có dung tích chứa trên 1.000 m³, đóng vai trò lắng sơ bộ các tạp chất thô và cặn đất đá kích thước lớn. Từ mặt bằng -51, hệ thống máy bơm đưa nước thải lên mặt bằng +28, chảy vào tuyến rãnh hở xây gạch có kích thước dài $\times$ rộng $\times$ sâu là $20 \times 0,7 \times 1,0\text{ m}$ trước khi cấp vào các trạm xử lý.

2. Các chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải hầm lò chưa qua xử lý của mỏ Hà Lầm vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (cột B)?

Theo kết quả phân tích 4 đợt quan trắc năm 2015, các chỉ tiêu vượt quy chuẩn cột B gồm:

  • Trị số pH dao động 3,0 - 4,2 (thấp hơn giới hạn cho phép từ 1,7 đến 2,4 lần).
  • Hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) đạt 200 - 500 mg/l (vượt giới hạn 100 mg/l từ 2 đến 5 lần).
  • Sắt tổng số (Fe) đạt 7 - 10 mg/l (vượt giới hạn 5 mg/l từ 1,4 đến 2 lần).
  • Mangan (Mn) đạt 4 - 7 mg/l (vượt giới hạn 1 mg/l từ 4 đến 7 lần).
  • COD đạt 200 - 300 mg/l (vượt giới hạn 150 mg/l từ 1,3 đến 2 lần).
  • Clorua ($Cl^-$) đạt 1.100 - 1.300 mg/l (vượt ngưỡng 1.000 mg/l từ 1,1 đến 1,3 lần).

3. Tại sao hàm lượng Clorua trong nước thải hầm lò mỏ than Hà Lầm lại cao vượt ngưỡng quy chuẩn?

Hàm lượng Clorua trong 4 đợt quan trắc dao động ở mức cao (1.100 - 1.300 mg/l) là do đặc thù vị trí địa lý của khai trường mỏ than Hà Lầm nằm tiếp giáp khu vực vịnh Cửa Lục. Khi các tuyến lò khai thác xuống sâu (dưới mức -50 và mức -300), các tầng chứa nước ngầm nứt nẻ bị nhiễm mặn từ biển xâm nhập, khiến nước ngầm chảy vào đường lò có độ mặn và nồng độ ion muối hòa tan ($Cl^-$) cao hơn so với các mỏ than nằm sâu trong nội địa.

4. Cấu hình kỹ thuật và quy trình công nghệ của Hệ thống xử lý nước thải số III tại mặt bằng +28 gồm những gì?

Hệ thống III được đưa vào vận hành từ tháng 1/2009 với công suất thiết kế 2.500 m³/ngày đêm (công suất xử lý thực tế tối đa đạt 1.900 m³/ngày đêm). Nước thải từ mặt bằng -51 đưa lên chảy vào bể trung hòa 3 ngăn dung tích 350 m³, được định lượng châm hóa chất gồm dung dịch vôi sữa, NaOH, chất keo tụ PAC, chất trợ lắng PAA và chất diệt khuẩn $\text{Ca(OCl)}_2$ kết hợp sục khí hòa trộn. Sau khi các bông cặn lắng xuống đáy bể, phần nước trong bề mặt được bơm áp lực đẩy qua cụm 12 bình lọc áp lực chuyên dụng dung tích 10 m³/bình. Lớp vật liệu lọc trong bình gồm cát thạch anh cỡ hạt 0,4 - 0,8 mm, vật liệu lọc Fe, Mn và sỏi đệm 0,9 - 1,2 mm, vận hành bằng hai chu trình rửa lọc ngược (đẩy cặn bẩn từ dưới lên bằng áp lực nước và máy nén khí) và rửa lọc xuôi (nước từ trên xuống).

5. Nước sau xử lý từ Hệ thống III được mỏ Hà Lầm phân bổ sử dụng cho các mục đích cụ thể nào?

Nguồn nước sau khi xử lý qua cụm 12 bình lọc áp lực đạt quy chuẩn kỹ thuật được phân bổ thành hai dòng chính: khoảng 300 m³/ngày đêm được cấp trực tiếp phục vụ nhu cầu sinh hoạt tắm giặt cho thợ mỏ sau ca lao động; khoảng 1.600 m³/ngày đêm còn lại được cấp phục vụ sản xuất công nghiệp, gồm phun tưới đường dập bụi khai trường, phun sương làm mát đường lò và vệ sinh máy móc, thiết bị.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Dương Văn Đang đã phản ánh toàn diện bức tranh môi trường nước thải hầm lò tại Công ty Cổ phần than Hà Lầm – Vinacomin, chỉ ra các đặc tính ô nhiễm điển hình gồm tính axit cao (pH 3,0 - 4,2), nồng độ TSS, Fe, Mn, COD và ion Clorua vượt giới hạn xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Công trình đã làm rõ hiện trạng vận hành của các dây chuyền xử lý hiện hữu tại mặt bằng +28, chứng minh giải pháp kết hợp keo tụ, trung hòa hóa học, khử trùng và lọc áp lực đa tầng của Hệ thống III (công suất 1.900 m³/ngày đêm) đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật để tái tạo nguồn thải thành nước cấp. Kết quả tái sử dụng 300 m³/ngày đêm cho sinh hoạt tắm giặt của công nhân và 1.600 m³/ngày đêm cho sản xuất dập bụi là mô hình kinh tế tuần hoàn nước có giá trị thực tiễn đối với các đơn vị khai thác than hầm lò xuống sâu tại vùng than Quảng Ninh.