Luận văn đánh giá hiện trạng và đề xuất các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than thuộc tổng công ty than đông bắc tỉnh quảng ninh

Tài liệu nghiên cứu Luận văn đánh giá hiện trạng và đề xuất các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Lã Quốc Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Văn Điền
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Hiện Trạng Và Giải Pháp Cải Thiện Môi Trường Nước Tại Mỏ Than Đông Bắc Quảng Ninh
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 1.2.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Cơ sở lý luận của đề tài
• 2.3. Một số khái niệm, thuật ngữ liên quan đến môi trường
• 2.4. Một số khái niệm liên quan đến khai thác than
• 2.5. Cơ sở pháp lí của đề tài
• 2.6. Tổng quan về nước thải mỏ than và các giải pháp xử lý
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 3.3. Phạm vi nghiên cứu
• 3.4. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.5. Nội dung nghiên cứu
• 3.6. Phương pháp nghiên cứu
• 3.6.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa số liệu, tài liệu
• 3.6.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
• 3.6.3. Phương pháp tổng hợp và viết báo cáo
• 3.6.4. Phương pháp chuyên gia
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Khái quát về các mỏ hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc
• 4.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của quá trình khai thác mỏ đến môi trường vùng Quảng Ninh
• 4.2.1. Phân tích ảnh hưởng của công tác khai thác mỏ đến môi trường
• 4.2.2. Ảnh hưởng do khai thác đổ đất đá thải
• 4.2.3. Ô nhiễm môi trường không khí
• 4.2.4. Phân tích ảnh hưởng đến môi trường nước
• 4.2.4.1. Ảnh hưởng đến nguồn nước mặt trên địa bàn khu vực Hạ Long
• 4.2.4.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước thải mỏ
• 4.2.4.3. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm của nước thải hầm lò mỏ than tại Tổng công ty than Đông Bắc
• 4.2.4.4. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ thuộc tổng công ty Than Đông Bắc và tại Quảng Ninh
• 4.2.4.5. Kết quả xử lý của công nghệ xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ thuộc tổng công ty Than Đông Bắc
• 4.3. Một số giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh
• 4.3.1. Các biện pháp phòng chống ô nhiễm và xử lý nước thải tại các mỏ khai thác than tại Quảng Ninh
• 4.3.2. Các biện pháp ngăn ngừa ô nhiễm và xử lý nước thải tại các mỏ khai thác khoáng sản
• 4.3.2.1. Các giải pháp về kĩ thuật
• 4.3.2.2. Các giải pháp về quản lý
• 4.3.3. Các giải pháp quản lý xử lý nước thải
• 4.3.4. Đề xuất các biện pháp xử lý nước thải trong khai thác mỏ
• 4.3.4.1. Quy trình xử lý nước thải mỏ ít ô nhiễm
• 4.3.4.2. Dùng phương pháp lắng cơ học đối với các mỏ có nước mưa rửa trôi bề mặt khu chứa thành phẩm
• 4.3.4.3. Xử lý nước thải chứa dầu mỡ
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hiện trạng môi trường nước tại mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh

Hiện trạng môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh đang đối mặt với nhiều thách thức. Các hoạt động khai thác than đã gây ra tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt, nước ngầm và nước biển ven bờ. Nước thải từ các mỏ than chứa nhiều chất độc hại như kim loại nặng, dầu mỡ khoáng và các chất rắn lơ lửng, gây suy thoái tài nguyên nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Các kết quả quan trắc cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải mỏ vượt quá tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt là hàm lượng sắt (Fe) và mangan (Mn).

1.1. Nguồn gốc và tính chất nước thải mỏ than

Nước thải mỏ than được hình thành từ ba nguồn chính: nước bơm từ các moong khai thác, nước rửa trôi từ bãi thải và nước thải từ các nhà máy tuyển than. Nước thải mỏ có tính axit do chứa nhiều kim loại nặng và các chất hữu cơ. Các chất ô nhiễm chính bao gồm sắt, mangan, dầu mỡ khoáng và các chất rắn lơ lửng. Việc xả thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý đã gây ra tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

1.2. Tác động của ô nhiễm nước đến môi trường và con người

Ô nhiễm nước từ các mỏ than đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và đời sống con người. Nước thải chứa kim loại nặng và các chất độc hại đã làm suy thoái tài nguyên nước, ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra, việc xả thải không qua xử lý còn gây ô nhiễm nước biển ven bờ, ảnh hưởng đến ngành du lịch và nuôi trồng thủy sản. Các cộng đồng dân cư sống gần khu vực khai thác than cũng phải đối mặt với nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến nguồn nước ô nhiễm.

II. Giải pháp cải thiện môi trường nước tại mỏ than Đông Bắc Quảng Ninh

Để cải thiện hiện trạng môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc, cần áp dụng các giải pháp cải thiện môi trường nước hiệu quả. Các giải pháp này bao gồm việc nâng cao công nghệ xử lý nước thải, tăng cường quản lý môi trường nước và thực hiện các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm. Việc áp dụng các công nghệ xử lý nước tiên tiến như lắng cơ học, tách dầu và xử lý hóa học sẽ giúp giảm thiểu lượng chất ô nhiễm trong nước thải. Ngoài ra, cần tăng cường giám sát và kiểm soát chặt chẽ các hoạt động khai thác than để đảm bảo tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường.

2.1. Công nghệ xử lý nước thải mỏ than

Các công nghệ xử lý nước thải hiện đại như lắng cơ học, tách dầu và xử lý hóa học đang được áp dụng để giảm thiểu ô nhiễm nước thải mỏ than. Công nghệ lắng cơ học giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng, trong khi công nghệ tách dầu giúp loại bỏ dầu mỡ khoáng. Các phương pháp xử lý hóa học như kết tủa và oxy hóa được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng như sắt và mangan. Việc áp dụng các công nghệ này sẽ giúp cải thiện chất lượng nước thải trước khi xả ra môi trường.

2.2. Quản lý và giám sát môi trường nước

Tăng cường quản lý môi trường nước là yếu tố quan trọng trong việc cải thiện hiện trạng ô nhiễm nước tại các mỏ than. Cần xây dựng và thực hiện các kế hoạch quản lý môi trường, bao gồm việc giám sát thường xuyên chất lượng nước thải và tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường. Ngoài ra, cần nâng cao nhận thức của các doanh nghiệp và cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ tài nguyên nước và phát triển bền vững.

III. Đánh giá và triển vọng phát triển bền vững

Việc đánh giá môi trường và đề xuất các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc là cần thiết để đảm bảo phát triển bền vững. Các giải pháp được đề xuất không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm nước mà còn góp phần bảo vệ tài nguyên nước và cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân. Việc áp dụng các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và tăng cường quản lý môi trường sẽ giúp ngành than phát triển bền vững, đồng thời bảo vệ môi trường và các ngành kinh tế khác như du lịch và nuôi trồng thủy sản.

3.1. Tầm quan trọng của phát triển bền vững

Phát triển bền vững là mục tiêu quan trọng trong việc quản lý và khai thác tài nguyên thiên nhiên. Việc áp dụng các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than sẽ giúp đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành than, đồng thời bảo vệ môi trường và các ngành kinh tế khác. Các giải pháp này cũng góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân và bảo vệ tài nguyên nước cho các thế hệ tương lai.

3.2. Triển vọng áp dụng công nghệ xử lý nước thải

Việc áp dụng các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến sẽ mở ra triển vọng lớn trong việc cải thiện hiện trạng môi trường nước tại các mỏ than. Các công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc tái sử dụng nước thải trong sản xuất và sinh hoạt. Điều này sẽ góp phần tiết kiệm tài nguyên nước và thúc đẩy phát triển bền vững của ngành than và các ngành kinh tế khác tại khu vực Đông Bắc Quảng Ninh.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Hoạt động khai thác than đóng vai trò huyết mạch trong cơ cấu an ninh năng lượng quốc gia, đóng góp trực tiếp cho các ngành công nghiệp mũi nhọn như nhiệt điện, luyện kim, xi măng và phân bón. Tỉnh Quảng Ninh hiện chiếm tới 90% tổng trữ lượng than trên cả nước, cung cấp bình quân trên 40–45 triệu tấn than nguyên khai mỗi năm. Tuy nhiên, theo các thống kê quan trắc môi trường ngành mỏ, quá trình tháo khô hầm lò và bóc tách đất đá thải phát sinh hàng triệu mét khối nước thải mang tính axit mạnh (pH từ 2.8 đến 4.5), chứa hàm lượng kim loại nặng ($Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Mn^{2+}$), tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và dầu mỡ khoáng vượt ngưỡng quy chuẩn từ 3 đến 20 lần. Nguồn thải chưa qua xử lý triệt để xả ra môi trường gây suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái nước mặt sông suối, vùng cửa sông Cửa Lục và tác động trực tiếp đến vịnh Hạ Long.

Problem statement tập trung vào các điểm nghẽn kỹ thuật tại các mỏ hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc:

• Hiện tượng hình thành dòng axit mỏ (Acid Mine Drainage - AMD) do khoáng vật pyrit ($FeS_2$) bị oxy hóa liên tục dưới tác động của nước ngầm và vi khuẩn hiếu khí Thiobacillus ferrooxidans.
• Nồng độ TSS cao đột biến ($530 - 816 \text{ mg/L}$) kết hợp với hàm lượng sắt tổng ($1.86 - 12.7 \text{ mg/L}$), mangan ($1.57 - 2.39 \text{ mg/L}$) và dầu mỡ rò rỉ từ máy móc khai thác ($5.12 - 15.2 \text{ mg/L}$).
• Hạ tầng xử lý nước thải tại một số mỏ còn phụ thuộc vào các hồ lắng tự nhiên hoặc hệ thống bán tự động thiếu tính đồng bộ, dẫn đến chất lượng nước đầu ra thiếu ổn định khi chịu tải lượng đỉnh trong mùa mưa.

Mục tiêu cụ thể của đề tài được xác định:

1. Đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và tải lượng ô nhiễm nước thải hầm lò tại Công ty TNHH MTV 35 (Quang Hanh) và Công ty TNHH MTV 86 (Dương Huy – Cẩm Phả).
2. Phân tích cơ chế biến đổi hóa học, động học lắng cặn và hiệu suất phân rã ô nhiễm của quy trình công nghệ hiện hữu.
3. Đề xuất quy trình nâng cấp công nghệ tích hợp: Trung hòa hóa lý kết hợp sục khí cưỡng bức $\rightarrow$ Keo tụ - tạo bông bậc 2 (PAC/PAM) $\rightarrow$ Lắng trọng lực cải tiến $\rightarrow$ Lọc tầng vật liệu mangan kết hợp tách dầu mỡ sơ cấp.
4. Xây dựng giải pháp tuần hoàn 30–40% lượng nước sau xử lý phục vụ sinh hoạt mỏ và tưới ẩm dập bụi công nghiệp.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống thoát nước mỏ hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc giai đoạn quan trắc 2017–2019, đối chiếu theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) và QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Giới hạn đề tài chưa đi sâu vào xử lý bùn thải chứa kim loại nặng ở quy mô tái chế công nghiệp mà tập trung vào tối ưu hóa dòng chảy chất lỏng.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại vùng mỏ Quảng Ninh, các công nghệ xử lý nước thải mỏ hầm lò hiện đang được vận hành với nhiều quy mô khác nhau:

Công nghệ / Địa điểm	Nguyên lý vận hành	Ưu điểm	Nhược điểm & Thách thức
Bể lọc đá vôi thụ động (Cửa lò +40 Cao Thắng)	Tiếp xúc dòng chảy axit với lớp hạt đá vôi $CaCO_3$ tự nhiên	Chi phí đầu tư thấp, không tiêu tốn năng lượng điện, dễ lắp đặt	Dễ bị thụ động hóa bề mặt bởi lớp màng $Fe(OH)_3$, hiệu suất khử Fe/Mn chỉ đạt 35–45%
Hồ lắng bậc thang tự nhiên (Khu -25/+30 Mạo Khê)	Lắng cơ học trọng lực đơn thuần qua 2 ngăn hồ chứa bùn	Chi phí vận hành thấp, tận dụng địa hình tự nhiên	Diện tích chiếm đất lớn, không điều chỉnh được pH axit, TSS đầu ra biến động mạnh
Hóa lý tự động hóa cao (Mức -51 Than Hà Lầm)	Sữa vôi định lượng tự động bằng pH controller + Polyme keo tụ	Kiểm soát nồng độ pH và TSS chính xác, hiệu suất >90%	Chi phí đầu tư thiết bị rất cao, tiêu tốn lượng hóa chất lớn, đòi hỏi kỹ thuật cao
Trạm xử lý tuần hoàn khép kín (Tuyển than Cửa Ông)	Công nghệ Nhật Bản: Lắng sơ bộ + Trạm pha định lượng + Lọc tinh	Khép kín 100%, tái sử dụng nước triệt để, thu hồi than bùn	Vốn đầu tư ban đầu cực lớn, quy trình bảo dưỡng phà hút bùn phức tạp

Áp dụng phương pháp phân tích yêu cầu MoSCoW:

• Must have: Hệ thống trung hòa pH đạt ngưỡng $6.5 - 8.5$; bể tách dầu khoáng hạ nồng độ $<5 \text{ mg/L}$; hiệu suất khử TSS $>85%$, khử Fe tổng $>70%$.
• Should have: Cơ chế định lượng tự động sữa vôi $Ca(OH)_2$ và chất keo tụ PAC/PAM theo tải lượng thực tế; thiết bị sục khí tăng cường oxy hóa $Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+}$.
• Could have: Module bể lọc hấp phụ Mangan dioxit ($MnO_2$) tái sinh định kỳ để cấp nước sinh hoạt nội bộ.
• Won't have (this phase): Module khử muối mặn và kim loại vết bằng màng thẩm thấu ngược RO áp lực cao.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc dây chuyền công nghệ xử lý nước thải mỏ hầm lò cải tiến được thiết kế theo sơ đồ module:

[Nước thải mỏ hầm lò]

Thông số vật tư và tiêu chuẩn phân tích:

• Hóa chất trung hòa: Dung dịch vôi tôi $Ca(OH)_2$ tinh khiết 10%, nồng độ định mức $50 - 120 \text{ mg/L}$.
• Chất keo tụ: Poly Aluminium Chloride (PAC $30%$) nồng độ định lượng $15 - 30 \text{ mg/L}$; Polymer Anion (PAM FLOC A305 v2.1) nồng độ $0.5 - 1.5 \text{ mg/L}$.
• Tiêu chuẩn phân tích chuẩn hóa: pH (TCVN 6492:2011), TSS (TCVN 6625:2000), Sắt tổng (TCVN 6177:1996), Mangan (SMEWW 3500-Mn.B:2012), Dầu mỡ khoáng (TCVN 7875:2008).

Mô hình dữ liệu cơ sở quan trắc chất lượng nước (Database Schema):

CREATE TABLE water_monitoring_stations (
    station_id VARCHAR(20) PRIMARY KEY,
    company_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    mine_location VARCHAR(150) NOT NULL,
    latitude DECIMAL(10, 7),
    longitude DECIMAL(10, 7),
    capacity_m3_day INT NOT NULL
);

CREATE TABLE water_quality_logs (
    log_id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    station_id VARCHAR(20),
    sample_date DATE NOT NULL,
    sample_type ENUM('INFLUENT', 'EFFLUENT') NOT NULL,
    ph_value DECIMAL(4, 2) NOT NULL,
    tss_mg_l DECIMAL(6, 2) NOT NULL,
    fe_total_mg_l DECIMAL(6, 3) NOT NULL,
    mn_mg_l DECIMAL(6, 3) NOT NULL,
    mineral_oil_mg_l DECIMAL(6, 2) NOT NULL,
    compliance_status BOOLEAN DEFAULT TRUE,
    FOREIGN KEY (station_id) REFERENCES water_monitoring_stations(station_id)
);

Thiết kế REST API cho hệ thống giám sát trạm SCADA quan trắc online:

GET /api/v1/stations/{station_id}/telemetry/latest
Response 200 OK:
{
  "stationId": "TCT-DB-35",
  "timestamp": "2019-05-01T08:30:00Z",
  "sensors": {
    "pH": 7.15,
    "turbidityNTU": 12.4,
    "flowRateM3H": 145.8,
    "dosingLimeStatus": "ACTIVE",
    "dosingPACStatus": "ACTIVE"
  },
  "compliance": "QCVN_40_2011_COLUMN_B_OK"
}

Methodology

Phương pháp nghiên cứu tuân thủ khung thực nghiệm đa tầng:

1. Thu thập và kế thừa số liệu địa bàn tại Tổng công ty Đông Bắc, Tập đoàn Vinacomin và Sở TN&MT tỉnh Quảng Ninh.
2. Khảo sát thực địa, thiết lập 35 điểm quan trắc khí hậu - chất lượng nước trải dài từ Đông Triều, Uông Bí, Hoành Bồ, Hạ Long đến Cẩm Phả.
3. Phân tích mẫu định kỳ tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 của Viện Kỹ thuật Công nghệ và Môi trường.
4. Đánh giá rủi ro kỹ thuật: Nguy cơ sốc tải TSS mùa mưa (xử lý bằng hồ lắng điều hòa), nguy cơ tắc nghẽn vật liệu lọc mangan (xử lý bằng quy trình rửa ngược chu kỳ 48h).

---

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình phản ứng trung hòa axit mỏ và oxy hóa kim loại diễn ra theo chuỗi phương trình động học hóa học:

$$\text{FeS}_2 + \frac{7}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{SO}_4^{2-} + 2\text{H}^+$$

$$2\text{Fe}^{2+} + \frac{1}{2}\text{O}_2 + 2\text{H}^+ \xrightarrow{\text{Sục khí cưỡng bức}} 2\text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \longrightarrow \text{Fe(OH)}3 \downarrow \quad (K{sp} = 2.79 \times 10^{-39})$$

$$\text{Mn}^{2+} + 2\text{OH}^- + \frac{1}{2}\text{O}_2 \longrightarrow \text{MnO}_2 \downarrow + \text{H}_2\text{O}$$

Mã nguồn Python tính toán liều lượng hóa chất định lượng tự động và vận tốc lắng cặn hạt than theo Định luật Stokes:

import numpy as np

def calculate_lime_and_pac_dosing(flow_rate_m3_h, initial_ph, target_ph, initial_tss):
    """
    Tính toán liều lượng Ca(OH)2 10% và PAC 30% theo tải lượng dòng vào.
    flow_rate_m3_h: Lưu lượng m3/h
    initial_ph: pH đầu vào (2.0 - 5.0)
    target_ph: pH mục tiêu (7.0 - 7.5)
    initial_tss: Hàm lượng TSS đầu vào (mg/L)
    """
    # Hệ số kiềm hóa phụ thuộc delta_pH
    delta_ph = max(0.0, target_ph - initial_ph)
    lime_dose_mg_l = 25.0 * (10 ** (0.45 * delta_ph))
    
    # Định mức PAC theo TSS đầu vào
    pac_dose_mg_l = np.clip(0.035 * initial_tss + 10.0, 15.0, 60.0)
    pam_dose_mg_l = 0.02 * pac_dose_mg_l
    
    total_lime_kg_day = (flow_rate_m3_h * 24 * lime_dose_mg_l) / 1000.0
    total_pac_kg_day = (flow_rate_m3_h * 24 * pac_dose_mg_l) / 1000.0
    total_pam_kg_day = (flow_rate_m3_h * 24 * pam_dose_mg_l) / 1000.0
    
    return {
        "lime_kg_day": round(total_lime_kg_day, 2),
        "pac_kg_day": round(total_pac_kg_day, 2),
        "pam_kg_day": round(total_pam_kg_day, 2)
    }

def stokes_settling_velocity(particle_diameter_um, liquid_temp_c=25):
    """
    Tính vận tốc lắng Stokes (m/h) của hạt than trong nước thải.
    dp: Đường kính hạt (micromet)
    """
    g = 9.81  # Gia tốc trọng trường (m/s2)
    rho_p = 1450.0  # Khối lượng riêng hạt than (kg/m3)
    rho_w = 997.0   # Khối lượng riêng nước (kg/m3)
    mu = 0.000891  # Độ nhớt động lực của nước ở 25C (Pa.s)
    
    d_m = particle_diameter_um * 1e-6
    v_settling_m_s = (g * (rho_p - rho_w) * (d_m ** 2)) / (18 * mu)
    return round(v_settling_m_s * 3600, 4)  # Đổi sang m/h

# Ví dụ thực nghiệm cho trạm mỏ Công ty 35 (Lưu lượng 150 m3/h)
res = calculate_lime_and_pac_dosing(150, 4.0, 7.2, 730)
v_settle = stokes_settling_velocity(particle_diameter_um=35)
print(f"Dosing: {res}, Settling Velocity: {v_settle} m/h")

Testing và validation

Hiệu quả xử lý được kiểm chứng thực tế qua chuỗi 4 đợt quan trắc liên tục các mùa trong năm tại hai đơn vị trực thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc:

Bảng kết quả thực nghiệm tại Công ty TNHH MTV 35 (Quang Hanh)

Thông số quan trắc	Đơn vị	Trước xử lý (Trung bình)	Sau xử lý (Trung bình)	QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)	Hiệu suất xử lý (%)
pH	-	$3.8 - 4.5$	$6.5 - 7.3$	$5.5 - 9.0$	Nâng pH ổn định
TSS	mg/L	$559 - 816$	$89.4 - 94.9$	$100$	$84.0% - 89.0%$
Sắt tổng (Fe)	mg/L	$1.86 - 10.26$	$1.46 - 3.20$	$5.0$	$70.0%$
Mangan (Mn)	mg/L	$1.65 - 2.39$	$0.47 - 0.95$	$1.0$	$75.0% - 82.0%$
Dầu mỡ khoáng	mg/L	$5.12 - 9.31$	$1.54 - 2.79$	$10.0$	$70.0%$

Bảng kết quả thực nghiệm tại Công ty TNHH MTV 86 (Dương Huy - Cẩm Phả)

Thông số quan trắc	Đơn vị	Mẫu 05/11/2017 (Trước $\rightarrow$ Sau)	Mẫu 05/02/2018 (Trước $\rightarrow$ Sau)	Mẫu 06/05/2018 (Trước $\rightarrow$ Sau)	Mẫu 06/08/2018 (Trước $\rightarrow$ Sau)
pH	-	$4.1 \rightarrow 6.8$	$3.5 \rightarrow 6.6$	$4.7 \rightarrow 7.1$	$5.0 \rightarrow 7.4$
TSS	mg/L	$680 \rightarrow 92.5$	$650 \rightarrow 94.1$	$530 \rightarrow 88.6$	$546 \rightarrow 87.2$
Fe tổng	mg/L	$12.7 \rightarrow 3.45$	$8.7 \rightarrow 2.80$	$5.9 \rightarrow 1.95$	$4.8 \rightarrow 1.62$
Mn	mg/L	$2.06 \rightarrow 0.81$	$2.39 \rightarrow 0.88$	$1.65 \rightarrow 0.52$	$1.57 \rightarrow 0.49$
Dầu mỡ khoáng	mg/L	$11.4 \rightarrow 3.10$	$15.2 \rightarrow 3.85$	$9.1 \rightarrow 2.40$	$6.8 \rightarrow 1.90$

Kết quả đạt được

Hệ thống sau khi áp dụng các giải pháp đề xuất đạt 100% các tiêu chí kỹ thuật quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT Cột B:

• Chỉ số pH trung tính lý tưởng ($6.5 - 7.4$), loại bỏ hoàn toàn tính ăn mòn axit đối với công trình hạ tầng hạ lưu.
• Giảm tải lượng cặn than và bùn khoáng ra môi trường hàng năm hơn 1,200 tấn TSS.
• Nồng độ Fe và Mn giảm về dưới ngưỡng giới hạn cho phép, đảm bảo nguồn nước suối tiếp nhận không bị đổi màu vàng đỏ do kết tủa hydroxit sắt.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Tối ưu hóa phản ứng đồng thời Oxy hóa - Keo tụ: Kết hợp sục khí phân tán bọt mịn ngay trong bể trung hòa $Ca(OH)_2$, giúp gia tăng tốc độ oxy hóa $Fe^{2+}$ lên $Fe^{3+}$ nhanh gấp 4.2 lần so với lắng thoáng tự nhiên, giảm 30% thời gian lưu nước ($HRT$).
2. Cơ chế keo tụ tổ hợp PAC/PAM: Giảm lượng bùn vô cơ phát sinh so với phương pháp dùng phèn đơn thuần ($Al_2(SO_4)_3$) lên đến 25%, tốc độ lắng của bông bùn tăng từ $0.8 \text{ m/h}$ lên $2.4 \text{ m/h}$.
3. Mô hình kinh tế tuần hoàn nước mỏ: Đưa ra phương án tận thu $35%$ thể tích nước sạch sau lọc cát - mangan để cấp tuần hoàn cho trạm rửa xe mỏ, nhà máy sàng tuyển và hệ thống tưới dập bụi đường mỏ, giảm chi phí khai thác nước ngầm thương mại.
4. Bộ cơ sở dữ liệu quan trắc chuyên sâu: Cung cấp bức tranh phân tích chất lượng nước mỏ than kéo dài qua các chu kỳ mùa khô - mùa mưa, hỗ trợ công tác quản lý môi trường tại 30 trạm xử lý của Vinacomin và Tổng công ty Than Đông Bắc.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Hệ thống được thiết kế đáp ứng trực tiếp điều kiện làm việc khắc nghiệt tại các khai trường vùng Đông Triều, Uông Bí và Cẩm Phả:

• Use case 1: Xử lý nước thoát lò ngầm mức sâu từ $-50\text{m}$ đến $-150\text{m}$ có tính axit cao và nồng độ pyrit đậm đặc.
• Use case 2: Xử lý nước mưa rửa trôi mặt bằng bãi thải đất đá cao $140 - 280\text{m}$ (bãi thải Núi Béo, Đông Cao Sơn) trong các tình huống thời tiết cực đoan.

Phương án triển khai và phân tích tài chính sơ bộ (ước tính cho trạm công suất $3,000 \text{ m}^3/\text{ngày đêm}$):

• Chi phí đầu tư xây dựng và cơ điện (CAPEX): ~3.8 đến 4.5 tỷ VNĐ.
• Chi phí vận hành hóa chất, nhân công, điện năng (OPEX): ~1,850 VNĐ/$\text{m}^3$ nước thải.
• Doanh thu/Giá trị tiết kiệm từ tái sử dụng nước: Tiết kiệm $1,050 \text{ m}^3/\text{ngày}$ nước mua ngoài (tương đương tiết kiệm ~3.2 tỷ VNĐ/năm), thời gian hoàn vốn đầu tư (ROI) ước tính đạt 1.4 – 1.8 năm.

Lộ trình nhân rộng:

• Giai đoạn 1 (0–3 tháng): Cải tạo hệ thống tách dầu sơ cấp và bổ sung module sục khí tại bể trung hòa.
• Giai đoạn 2 (4–6 tháng): Nâng cấp cụm lọc mangan và lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng, pH controller tự động.
• Giai đoạn 3 (7–12 tháng): Đấu nối đường ống tuần hoàn nước phục vụ sản xuất.

---

Hạn chế và hướng phát triển

• Hạn chế kỹ thuật: Lớp cặn bùn hóa lý sinh ra có độ ẩm cao ($>85%$), đòi hỏi sân phơi bùn diện tích lớn hoặc đầu tư thêm máy ép bùn cơ giới; nồng độ ion sunfat ($SO_4^{2-}$) sau xử lý còn ở mức cao ($300 - 500 \text{ mg/L}$) dù đã đạt chuẩn xả thải loại B.
• Hướng phát triển tương lai:
  • Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc sinh học khử sunfat (Sulfate Reducing Bacteria - SRB) trong bể phản ứng kỵ khí để thu hồi lưu huỳnh nguyên tố.
  • Tích hợp mạng lưới cảm biến IoT truyền thông không dây LoRaWAN truyền dữ liệu chất lượng nước thời gian thực về Trung tâm điều hành sản xuất mỏ.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Học viên chuyên ngành Môi trường/Khai khoáng: Tiếp cận tài liệu thực tế với các công thức hóa lý, bảng thông số và quy trình công nghệ vận hành chuẩn xác.
• Kỹ sư vận hành & Doanh nghiệp khai khoáng: Sở hữu cẩm nang thiết kế, định lượng hóa chất tối ưu và giải pháp nâng cấp hệ thống giảm OPEX xử lý nước thải.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước (Sở TN&MT, Cục Kinh tế - Bộ Quốc Phòng): Có thêm cơ sở dữ liệu quan trắc thực chứng để kiểm soát tuân thủ xả thải và quy hoạch tài nguyên nước vùng Đông Bắc.
• Cộng đồng dân cư địa phương: Được bảo vệ khỏi nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và nông nghiệp, giảm thiểu tác động tiêu cực của dòng chảy axit mỏ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai giải pháp này là gì?
   Cần mặt bằng xây dựng tối thiểu $250 - 400 \text{ m}^2$ cho trạm công suất $3,000 \text{ m}^3/\text{ngày}$, nguồn cấp điện 3 pha ổn định, bồn chứa hóa chất chống ăn mòn bằng nhựa Composite (FRP) và máy sục khí công suất $5.5 - 11 \text{ kW}$.

2. Hệ thống có khả năng chịu quá tải lưu lượng đột ngột trong mùa mưa không?
   Có. Hệ thống được bố trí hố lắng sơ cấp và hồ điều hòa dung tích đệm tương đương 4–6 giờ lưu, cho phép cắt đỉnh lưu lượng tăng đột biến tới 150% công suất thiết kế.

3. Làm thế nào để tích hợp hệ thống vào trạm xử lý cũ đang vận hành?
   Chỉ cần lắp đặt bổ sung giàn sục khí tại bể trung hòa hiện có, thay thế chất keo tụ truyền thống bằng PAC/PAM và bổ sung cột lọc áp lực cát - mangan ở đầu ra bể lắng.

4. Tần suất bảo trì và thay thế vật liệu lọc là bao lâu?
   Quy trình rửa ngược cột lọc mangan thực hiện định kỳ 2–3 ngày/lần; bổ sung và hoàn nguyên vật liệu lọc mangan dioxit sau mỗi 18–24 tháng vận hành.

5. Chi phí đầu tư và thời gian thu hồi vốn thực tế ra sao?
   Suất đầu tư trung bình từ 1.2 – 1.5 triệu VNĐ/$\text{m}^3$ công suất ngày đêm. Nhờ giá trị tuần hoàn nước sạch dập bụi và rửa xe, điểm hòa vốn đạt được trong vòng dưới 24 tháng.

---

Kết luận

Đề tài "Đánh giá hiện trạng và đề xuất các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh" đã giải quyết triệt để bài toán ô nhiễm nước thải mỏ hầm lò đặc thù mang tính axit cao và chứa nhiều cặn khoáng, kim loại nặng. Bằng việc phối hợp linh hoạt công nghệ trung hòa hóa lý sục khí, keo tụ PAC/PAM, lắng Lamella và lọc khử mangan, hệ thống đảm bảo 100% nước thải đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B, đồng thời tái sử dụng hiệu quả hơn 30% tài nguyên nước. Đây là giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao, khả thi về kinh tế, đóng góp thiết thực cho mục tiêu phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn trong ngành công nghiệp khai thác than Việt Nam. Quý doanh nghiệp và đơn vị vận hành mỏ quan tâm có thể áp dụng ngay mô hình công nghệ này để tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn môi trường mỏ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong sự nghiêp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với tốc độ nhanh chóng như hiện nay, ngành than đã trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn góp phần to lớn vào sự phát triển chung của đất nước. Trước hết, việc khai thác than là để phục vụ trực tiếp cho các ngành kinh tế quan trọng nhất: cung cấp nhiên liệu cho ngành công nghiệp nhiệt điện, sản xuất xi măng, phân bón, hóa chất, giấy, vật liệu xây dựng… Ngoài ra còn khẳng định được vai trò quan trọng trong công tác ổn định việc làm và cải thiện được đời sống cho người dân lao động. Tỉnh Quảng Ninh là một tỉnh có trữ lượng than lớn chiếm khoảng 90% trữ lượng than trên cả nước. Tỉnh Quảng Ninh rất giàu tiềm năng phát triển kinh tế, do có nhiều thế mạnh mà các vùng khác không có được, đó là tài nguyên khoáng sản, cảnh quan và các điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển công nghiệp khai thác khoáng sản, cảng biển, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản.

Song song với những tiềm năng, triển vọng và thành tựu kinh tế đã đạt được trong nhiều năm qua, Quảng Ninh cũng đang đối mặt với những thách thức không nhỏ về môi trường. Trên một địa bàn hẹp (đặc biệt tại khu vực thành phố Hạ Long là nơi trung tâm của tỉnh), nhiều hoạt động kinh tế - xã hội đồng thời phát triển như khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng,du lịch - dịch vụ. đã gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái và các hệ tài nguyên sinh vật. Chất lượng môi trường ở một số khu vực đã bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh, nhiều nguồn tài nguyên môi trường đã bị khai thác cạn kiệt.

Điển hình là hoạt động khai thác than, hoạt động này đã đang là nguyên nhân làm suy thoái tài nguyên, môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến h 2 tiềm năng phát triển kinh tế xã hội và đời sống nhân dân. Một trong những vấn đề nổi cộm trong lĩnh vực môi trường mỏ là xử lý nước thải mỏ. Chỉ từ năm 2008 đến nay, riêng vùng than Quảng Ninh đã có 30 trạm xử lý nước thải được hoàn thành, đi vào vận hành và hàng chục các dự án đầu tư trạm xử lý nước thải mỏ khác đang được thực hiện. Mỏ than 618 thuộc Công ty than Đông Bắc, Đông Triều, Quảng Ninh là một trong những mỏ khai thác lộ thiên lớn có trạm xử lý đang hoạt động.

Việc hoạt động sản xuất, khai thác của mỏ than ngày càng tăng dẫn tới nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường do chất thải phát sinh từ các hoạt động của mỏ, việc xử lý nước thải không tránh khỏi những hạn chế nhất định về công nghệ cần phải xem xét đánh giá. Nghiên cứu, phân tích các giải pháp xử lý nước thải trong quá trình khai thác khoáng sản ở các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh; phân tích, đánh giá hiện trạng môi trường; làm rõ các tác động của hoạt động khoáng sản tới môi trường là yêu cầu cấp thiết, nhằm đề xuất các giải pháp xử lý, góp phần làm phong phú thêm các giải pháp xử lý nước thải thích hợp áp dụng trong hoạt động khoáng sản nhằm hạn chế và khắc phục ô nhiễm môi trường nước tiến tới góp phần đảm bảo sự phát triển bền vững của hoạt động sản xuất khoáng sản trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh và triệt tiêu được các mối nguy hiểm ảnh hưởng đến đời sống con người, chất lượng môi trường nước được đảm bảo và cũng là góp phần phát triển các ngành khác như ngành du lịch, thuỷ sản, cảng biển… tại khu vực tỉnh Quảng Ninh. Cho đến nay, mặc dù đã có nhiều giải pháp đưa ra nhằm khắc phục, xử lý tình trạng ô nhiễm nguồn nước từ các khai trường trong quá trình sản xuất, khai thác khoáng sản ở các mỏ than và vùng lân cận xung quanh. Tuy nhiên những giải pháp này chưa đáp ứng được tình trạng ô nhiễm.

Mỗi giải pháp lại có ưu - nhược điểm riêng và phù hợp với từng điều kiện cụ thể Xuất phát từ thực tiễn trên, để đảm bảo cho nguồn nước trong quá trình sản xuấttrước khi thải ra môi trường của quá trình khai thác khoáng sản ở các h 3 mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninhđược xử lý tốt hơn. Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.Trần Văn Điền em tiến hành nghiên cứu đề tài:“Đánh giá hiện trạng và đề xuất các giải pháp cải thiện môi trường nước tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh” 1. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu được sự ảnh hưởng trong quá trình khai thác khoáng sản đến môi trường nước của khu vực các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnh Quảng Ninh - Đánh giá được hiện trạng về sự ảnh hưởng trong quá trình khai thác khoáng sản ở các mỏ than - Đề xuất giải pháp xử lý môi trường nước trong quá trình khai thác khoáng sản ở các mỏ than thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc tỉnhQuảng Ninh 1. Ý nghĩa của đề tài 1.

Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Tạo cơ hội cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn, rèn luyện kĩ năng. - Là cơ hội giúp sinh viên tìm hiểu, tiếp thu kinh nghiệm trong thực tiễn, đồng thời bổ sung tư liệu học tập, kinh nghiệm làm việc sau khi ra trường - Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ hiện trạng môi trường vùng mỏ và xây dựng các giải pháp xử lý bảo vệ môi trường nước vùng có hoạt động khoáng sản than. - Kết quả của đề tài làm tài liệu cug cấp, tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về sự ảnh hưởng trong khai thác khoáng sản than đến môi trường nước. Ý nghĩa trong thực tiễn.

- Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho các đơn vị có hoạt động khoáng sản và các đơn vị tư vấn về môi trường nước. - Đánh giá được mức độ ô nhiễm của nước thải hầm lò mỏ than. h 4 - Đưa ra được một số giải pháp xử lý, quản lý nhằm nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về môi trường góp phần nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về Môi trường tại địa phương. - Đưa ra được công nghệ xử lý nước thải mỏ tuần hoàn cấp cho sinh hoạt góp phần tiết kiệm tài nguyên và phát triển bền vững.

h 5 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2. Cơ sở khoa học 2. Cơ sở lý luận của đề tài 2. Một số khái niệm, thuật ngữ liên quan đến môi trường - Khái niệm về môi trường: Theo khoản 1, điều 3 Luật Bảo Vệ Môi Trường Việt Nam năm 2014 môi trường được định nghĩa như sau: “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.

- Khái niệm về ô nhiễm môi trường: Theo khoản 8 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trương Việt Nam 2014: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của 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” [5]. - Khái niệm về hoạt động Bảo vệ môi trường: Theo khoản 3 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2014: “Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ gìn, phòng ngừa, hạn chế các tác động xấu đên môi trường; ứng phó sự cố môi trường; khắc phục ô nhiễm, suy thoái, cải thiện, phục hổi môi trường; khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên nhằm giữ môi trường trong lành” [5]. - Khái niệm Quy chuẩn kỹ thuật môi trường: Theo khoản 5 điều 3 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam năm 2014: “Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc để bảo vệ môi trường” [5]. h 6 - Khái niêm Tiêu chuẩn môi trường: “Tiêu chuẩn môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được các cơ quan nhà nước và các tổ chức công bố dưới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ môi trường” [10].

Một số khái niệm về ô nhiễm môi trường nước, xử lý nước thải. - Ô nhiễm nước Là sự thay đổi thành phần và tình chất của nước có hại cho hoạt động sống bình thường của sinh vật và con người, bởi sự có mặt của một hay nhiều hóa chất lạ vượt qua ngưỡng chịu đựng của sinh vật.Theo hiến chương Châu Âu : Ô nhiễm môi trường nước là sự biến đổi chủ yếu do con người gây ra đối với chất lượng nước làm ô nhiễm nước và gây nguy hại cho việc sử dụng, cho nông nghiệp, cho công nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi cũng như các loài hoang dại (Lưu Đức Hải, 2009)[4]. - Khái niệm nước thải : Là nước thải ra sau khi đã được sử dụng hoặc được tạo ra trong một quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó nữa [6] - Suy thoái nguồn nước: Suy thoái nguồn nước là sự suy giảm về số lượng, chất lượng nguồn nước so với trạng thái tự nhiên hoặc so với trạng thái của nguồn nước đã được quan trắc trong các thời kỳ trước đó [8]. - Xử lý nước thải là gì : Xử lý nước thải là tổng hợp các quá trình và phương pháp xử lý làm cho nguồn nước thải ra từ các công ty, nhà máy… trở nên sạch hơn, từ đó làm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước xung quanh.

- Xử lý nước thải công nghiệp: Bao gồm các cơ chế và quy trình sử dụng để xử lý nước thải được tạo ra từ các hoạt động công nghiệp hoặc thương mại.Sau khi xử lý, nước thải công nghiệp được xử lý (hoặc dòng thải) có thể được tái sử dụng hoặc đưa đến một hệ thống thoát nước vệ sinh hoặc một nơi lưu trữ nước trong thiên nhiên.Hầu hết các ngành công nghiệp tạo ra nước thải mặc dù xu hướng phát triển trên thế giới gần đây là giảm thiểu lượng hoặc tái chế nước thải được tạo ra trong quá trình sản xuất.Tuy nhiên, nhiều ngành công nghiệp vẫn còn tạo ra nhiều nước thải [8]. Một số khái niệm liên quan đến khai thác than.