Luận văn tốt nghiệp: Đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải trong khai thác khoáng sản tại mỏ Núi Pháo, Thái Nguyên

• Tác giả: Trần Thảo Vân
• Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Thế Hùng
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Quả Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Tại Mỏ Núi Pháo, Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
• 1.3.1. Ý nghĩa trong học tập
• 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.1.1. Một số khái niệm liên quan
• 2.2. Nguồn gốc phát sinh và phân loại ô nhiễm môi trường nước
• 2.2.1. Nguồn gốc phát sinh
• 2.2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
• 2.2.1.2. Nguồn gốc nhân tạo
• 2.2.2. Phân loại ô nhiễm nước
• 2.2.2.1. Phân loại theo nguồn thải
• 2.2.2.2. Phân loại theo tính chất của ô nhiễm
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu thứ cấp
• 3.2.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp
• 3.2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Khái quát chung về quá trình hình thành, hoạt động sản xuất của mỏ Núi Pháo, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• 4.2. Khái quát chung về mỏ Núi Pháo thuộc Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo (Nui Phao Mining – NPM) trên địa bàn xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• 4.3. Quy mô, công nghệ sản xuất của mỏ Núi Pháo
• 4.4. Đánh giá hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản tại mỏ Núi Pháo, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• 4.5. Khái quát chung về tình hình phát sinh nước thải, quy trình quản lý và xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• 4.6. Đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải trong quá trình khai thác và chế biến khoáng sản tại mỏ Núi Pháo, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên và đề xuất một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải
• 4.6.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải
• 4.6.2. Khó khăn, tồn tại và đề xuất một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và xử lý nước thải
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo, Thái Nguyên, được thiết kế nhằm đảm bảo tiêu chuẩn xả thải và bảo vệ môi trường. Đánh giá hiệu quả của hệ thống này là cần thiết để xác định khả năng xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Theo nghiên cứu, hệ thống đã đạt được hiệu suất xử lý cao, với tỷ lệ loại bỏ các chất ô nhiễm như BOD, COD và TSS đạt yêu cầu quy định. Việc áp dụng công nghệ xử lý hiện đại đã giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh. Đặc biệt, việc kiểm soát chất lượng nước thải trước khi xả ra môi trường là một trong những yếu tố quan trọng trong quản lý nước thải tại mỏ Núi Pháo.

1.1. Tình hình phát sinh nước thải

Nước thải phát sinh từ quá trình khai thác và chế biến khoáng sản tại mỏ Núi Pháo chủ yếu bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Nguồn nước thải này có thể chứa nhiều chất ô nhiễm, bao gồm kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ. Việc phân tích nguồn gốc và tính chất của nước thải là rất quan trọng để áp dụng các phương pháp xử lý phù hợp. Theo số liệu thu thập, lượng nước thải phát sinh hàng năm tại mỏ Núi Pháo ước tính lên đến hàng triệu mét khối, đòi hỏi một hệ thống xử lý hiệu quả để đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo bao gồm các phương pháp sinh học và hóa lý. Hệ thống này được thiết kế để xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường. Các phương pháp xử lý như MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) đã được áp dụng để nâng cao hiệu quả xử lý. Kết quả cho thấy, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sau khi xử lý giảm đáng kể, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải quy định. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường sống xung quanh.

1.3. Đánh giá tác động môi trường

Đánh giá tác động môi trường từ hệ thống xử lý nước thải là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn bảo vệ các hệ sinh thái xung quanh. Theo các nghiên cứu, việc kiểm soát chất lượng nước thải đã giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng và môi trường. Các biện pháp bảo vệ môi trường được thực hiện tại mỏ Núi Pháo đã chứng minh tính hiệu quả trong việc duy trì sự cân bằng sinh thái và bảo vệ tài nguyên nước.

II. Khó khăn và tồn tại trong quản lý nước thải

Mặc dù hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo đã đạt được nhiều thành công, vẫn còn tồn tại một số khó khăn trong quá trình quản lý và vận hành. Một trong những vấn đề chính là việc duy trì hiệu suất xử lý ổn định trong điều kiện thay đổi của nguồn nước thải. Các yếu tố như biến đổi khí hậu và sự gia tăng hoạt động khai thác có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước thải. Để khắc phục những khó khăn này, cần có các biện pháp cải tiến công nghệ và nâng cao năng lực quản lý. Việc đào tạo nhân lực và nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường cũng là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải.

2.1. Thách thức trong công nghệ xử lý

Công nghệ xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo mặc dù hiện đại, nhưng vẫn gặp phải một số thách thức trong việc xử lý các chất ô nhiễm khó phân hủy. Việc áp dụng các công nghệ mới cần được nghiên cứu và thử nghiệm để đảm bảo tính hiệu quả. Ngoài ra, việc bảo trì và nâng cấp hệ thống cũng cần được thực hiện thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.2. Quản lý và giám sát

Quản lý và giám sát hệ thống xử lý nước thải là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả. Tuy nhiên, hiện tại vẫn còn thiếu các quy trình giám sát chặt chẽ và thường xuyên. Việc thiết lập các chỉ tiêu giám sát cụ thể và định kỳ kiểm tra chất lượng nước thải sẽ giúp phát hiện kịp thời các vấn đề phát sinh và có biện pháp khắc phục hiệu quả.

2.3. Đề xuất giải pháp cải thiện

Để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo, cần có các giải pháp cải thiện như đầu tư vào công nghệ mới, nâng cao năng lực quản lý và đào tạo nhân lực. Việc áp dụng các biện pháp bảo vệ môi trường và nâng cao nhận thức cộng đồng cũng là những yếu tố quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên nước. Các giải pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường sống xung quanh.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng với hơn 5.000 điểm mỏ thuộc 60 loại khoáng sản, trong đó mỏ Núi Pháo, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, là một trong những mỏ đa kim phức hợp nhất thế giới với trữ lượng khoảng 65 triệu tấn và tuổi thọ mỏ ước tính 20 năm. Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản tại đây đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế địa phương và quốc gia. Tuy nhiên, quá trình này phát sinh lượng lớn nước thải chứa các chất ô nhiễm như kim loại nặng, chất rắn lơ lửng, và các hợp chất hữu cơ, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý, giảm thiểu tác động môi trường. Nghiên cứu tập trung vào phân tích chất lượng nước thải trước và sau xử lý trong giai đoạn từ năm 2016 đến 2019, tại các vị trí quan trắc chính như hồ chứa đuôi quặng sunfua (STC), hồ chứa đuôi quặng oxit (OTC), hồ chuyển tiếp nước (PTP) và điểm xả thải DP2. Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao kiến thức khoa học môi trường mà còn hỗ trợ doanh nghiệp và cơ quan quản lý trong việc kiểm soát ô nhiễm, bảo vệ tài nguyên nước và phát triển bền vững ngành khai thác khoáng sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và khái niệm môi trường quan trọng như:

• Ô nhiễm môi trường nước: Sự biến đổi tính chất vật lý, hóa học và sinh học của nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật và con người.
• Quy trình xử lý nước thải công nghiệp: Bao gồm các công đoạn xử lý sinh học hiếu khí, hóa lý và xử lý bùn thải nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm như BOD, COD, TSS, kim loại nặng.
• Phát triển bền vững: Kết hợp hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế, tiến bộ xã hội và bảo vệ môi trường, đặc biệt trong ngành khai thác khoáng sản.
• Tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật môi trường: Áp dụng các quy chuẩn Việt Nam như QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp, QCVN 08-MT:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt để đánh giá hiệu quả xử lý.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: BOD5 (Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày), COD (Nhu cầu oxy hóa học), TSS (Tổng chất rắn lơ lửng), kim loại nặng (Mn, Fe, F, As), pH, DO (Oxy hòa tan), và Coliform.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu quan trắc môi trường định kỳ của Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo từ năm 2016 đến 2019, kết quả phân tích mẫu nước tại các vị trí hồ OTC, STC, PTP, trạm xử lý nước thải và điểm xả DP2.
• Phương pháp lấy mẫu: Tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995, lấy mẫu theo quý, mỗi quý 7 mẫu đại diện, tổng cộng 28 mẫu trong 1 năm nghiên cứu.
• Phân tích mẫu: Sử dụng các phương pháp chuẩn như ICP-MS cho kim loại nặng, SMEWW cho COD, BOD5, và các chỉ tiêu hóa lý khác. Đo nhanh pH, DO, TDS tại hiện trường bằng máy đo đa chỉ tiêu.
• Phân tích dữ liệu: Số liệu được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel, phân tích phương sai để so sánh với các quy chuẩn Việt Nam, đánh giá hiệu quả xử lý qua sự biến đổi các chỉ tiêu trước và sau xử lý.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 06/2018 đến tháng 06/2019, kết hợp số liệu thực tế và giám sát định kỳ của Công ty.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất lượng nước thải đầu vào: Nước thải từ hồ OTC và STC có hàm lượng BOD5 trung bình khoảng 45 mg/l, COD khoảng 120 mg/l, TSS lên đến 150 mg/l, vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (BOD5 ≤ 30 mg/l, COD ≤ 75 mg/l, TSS ≤ 50 mg/l). Kim loại nặng như Mn, Fe, F cũng vượt giới hạn cho phép, ví dụ Mn trung bình 2,5 mg/l (giới hạn 1,0 mg/l).

2. Hiệu quả xử lý sinh học và hóa lý: Sau xử lý sinh học hiếu khí, BOD5 giảm trung bình 65%, COD giảm 55%, TSS giảm 70%. Tiếp tục qua xử lý hóa lý, BOD5 và COD giảm thêm khoảng 20%, TSS giảm xuống dưới 30 mg/l, đạt quy chuẩn Việt Nam. Kim loại nặng như Mn, Fe giảm từ 50-60% sau xử lý hóa lý.

3. Chất lượng nước thải đầu ra: Nước thải tại điểm xả DP2 có BOD5 trung bình 10 mg/l, COD 30 mg/l, TSS 25 mg/l, kim loại nặng dưới giới hạn cho phép, Coliform không phát hiện, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải. Lưu lượng nước thải xử lý tối đa khoảng 24.000 m3/ngày.

4. Biến động theo mùa: Mùa mưa, nồng độ Mn và F trong nước thải đầu vào tăng khoảng 15-20% so với mùa khô, do nước mưa chảy tràn và rửa trôi các chất ô nhiễm từ bãi thải. Tuy nhiên, hệ thống xử lý vẫn duy trì hiệu quả ổn định.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo thể hiện qua sự giảm đáng kể các chỉ tiêu ô nhiễm, đặc biệt BOD5, COD và TSS, phù hợp với các nghiên cứu về xử lý nước thải công nghiệp khai khoáng. Việc kết hợp xử lý sinh học hiếu khí với xử lý hóa lý giúp loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ và kim loại nặng, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường.

So sánh với các khu công nghiệp khác tại Việt Nam, hệ thống xử lý tại Núi Pháo có tỷ lệ đạt chuẩn cao hơn, nhờ áp dụng công nghệ hiện đại và quản lý vận hành nghiêm ngặt. Tuy nhiên, biến động chất lượng nước theo mùa cho thấy cần tăng cường giám sát và điều chỉnh vận hành phù hợp để đảm bảo ổn định.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ BOD5, COD, TSS trước và sau xử lý theo từng quý, bảng thống kê hiệu suất xử lý từng chỉ tiêu và biểu đồ biến động kim loại nặng theo mùa, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và tính ổn định của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát và điều chỉnh vận hành hệ thống xử lý: Áp dụng hệ thống quan trắc tự động liên tục tại các điểm đầu vào và đầu ra, nhằm phát hiện sớm biến động chất lượng nước, điều chỉnh kịp thời quy trình xử lý, đảm bảo hiệu quả ổn định quanh năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý mỏ Núi Pháo, thời gian: ngay lập tức và duy trì liên tục.

2. Nâng cấp công nghệ xử lý hóa lý: Đầu tư bổ sung thiết bị lọc và xử lý kim loại nặng nâng cao, đặc biệt với các kim loại Mn, Fe, F vượt chuẩn vào mùa mưa, nhằm giảm thiểu ô nhiễm kim loại trong nước thải đầu ra. Chủ thể: Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo, thời gian: 12-18 tháng.

3. Phát triển hệ thống tái sử dụng nước thải: Mở rộng tuần hoàn nước thải đã xử lý trong quy trình sản xuất để giảm lượng nước thải xả ra môi trường, tiết kiệm nguồn nước và giảm chi phí xử lý. Chủ thể: Phòng kỹ thuật và vận hành, thời gian: 6-12 tháng.

4. Đào tạo nâng cao nhận thức và kỹ năng cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải, cập nhật công nghệ mới và quy định pháp luật môi trường. Chủ thể: Ban lãnh đạo công ty phối hợp với các chuyên gia môi trường, thời gian: định kỳ hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường tại doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Nghiên cứu giúp họ hiểu rõ hiệu quả và hạn chế của hệ thống xử lý nước thải, từ đó cải thiện quản lý và vận hành, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm.

2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Cung cấp dữ liệu thực tiễn và cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật phù hợp với đặc thù ngành khai thác khoáng sản.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tài liệu tham khảo về phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp, ứng dụng các tiêu chuẩn và công nghệ xử lý hiện đại.

4. Doanh nghiệp cung cấp công nghệ xử lý nước thải: Hiểu rõ yêu cầu và đặc điểm nguồn nước thải ngành khai khoáng để phát triển và cung cấp giải pháp công nghệ phù hợp, nâng cao hiệu quả xử lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo gồm những công đoạn chính nào?
   Hệ thống bao gồm bể điều hòa, bể sinh học hiếu khí (MBBR), bể phản ứng, bể lắng sinh học, cụm bể phản ứng hóa lý và hồ lắng cuối cùng. Các công đoạn này phối hợp để loại bỏ hữu cơ, chất rắn lơ lửng và kim loại nặng.

2. Hiệu quả xử lý BOD5 và COD đạt được sau khi qua hệ thống xử lý là bao nhiêu?
   BOD5 giảm khoảng 80% và COD giảm khoảng 70% so với nước thải đầu vào, đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp.

3. Các kim loại nặng nào được quan tâm trong nước thải tại mỏ Núi Pháo?
   Các kim loại chính gồm Mangan (Mn), Sắt (Fe), Flo (F), Asen (As), trong đó Mn và Fe có nồng độ cao nhất và được xử lý hiệu quả qua công đoạn hóa lý.

4. Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng trong sản xuất không?
   Có, một phần nước thải sau xử lý được tuần hoàn tái sử dụng trong quy trình chế biến nhằm tiết kiệm nước và giảm lượng nước thải xả ra môi trường.

5. Biện pháp nào được đề xuất để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải trong mùa mưa?
   Tăng cường giám sát tự động, nâng cấp công nghệ xử lý hóa lý để xử lý kim loại nặng tăng cao, đồng thời điều chỉnh vận hành linh hoạt theo biến động chất lượng nước.

Kết luận

• Hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo đạt hiệu quả cao trong việc giảm BOD5, COD, TSS và kim loại nặng, đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn Việt Nam.
• Nước thải đầu vào có biến động theo mùa, đặc biệt kim loại nặng tăng vào mùa mưa, đòi hỏi quản lý vận hành linh hoạt.
• Việc tuần hoàn nước thải đã xử lý góp phần tiết kiệm nguồn nước và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
• Đề xuất nâng cấp công nghệ, tăng cường giám sát và đào tạo nhân lực nhằm duy trì và nâng cao hiệu quả xử lý.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho doanh nghiệp và cơ quan quản lý trong phát triển bền vững ngành khai thác khoáng sản.

Hành động tiếp theo: Áp dụng các giải pháp đề xuất, triển khai giám sát liên tục và cập nhật công nghệ xử lý để đảm bảo môi trường bền vững tại mỏ Núi Pháo và các khu vực khai thác tương tự.