Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp khai thác than đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế quốc gia, đặc biệt tại tỉnh Quảng Ninh với trữ lượng than ước tính lên đến hàng chục tỷ tấn và sản lượng khai thác hàng năm đạt khoảng 45-75 triệu tấn. Tuy nhiên, hoạt động khai thác than hầm lò phát sinh lượng lớn nước thải có tính axit, chứa nhiều kim loại nặng như sắt (Fe), mangan (Mn), cùng các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ khác, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước. Theo quan trắc tại 5 mỏ than hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc trong giai đoạn 2013-2014, pH nước thải dao động từ 3,5 đến 6,5, hàm lượng Fe vượt quy chuẩn đến 3 lần, Mn vượt đến 10 lần, và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt 5 lần so với giới hạn cho phép. Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước thải hầm lò, hiệu quả xử lý nước thải hiện tại, đồng thời đề xuất công nghệ xử lý tái tuần hoàn nước thải phục vụ sinh hoạt và sản xuất, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành than tại Quảng Ninh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 5 mỏ than hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc, với dữ liệu thu thập trong 2 năm 2013-2014. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tài nguyên nước và nâng cao chất lượng cuộc sống cho công nhân mỏ, đồng thời giảm chi phí sản xuất than.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các khái niệm và lý thuyết về môi trường, ô nhiễm môi trường, nước thải công nghiệp và quản lý môi trường theo Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2014. Khái niệm ô nhiễm nước được hiểu là sự biến đổi chất lượng nước do các tác nhân vật lý, hóa học và sinh học vượt mức cho phép, gây hại cho con người và sinh vật. Nước thải mỏ than hầm lò đặc trưng bởi tính axit (pH 2-5), hàm lượng kim loại nặng cao (Fe, Mn), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD) và các hợp chất lưu huỳnh. Các phản ứng hóa học và sinh học liên quan đến sự oxy hóa pyrit và lưu huỳnh trong than được mô tả qua các phương trình phản ứng tạo axit sulfuric và hòa tan kim loại. Mô hình xử lý nước thải hiện nay chủ yếu dựa trên trung hòa axit bằng sữa vôi, keo tụ và lắng lọc, kết hợp với công nghệ lọc màng UF trong xử lý tái sử dụng nước thải.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm mẫu nước thải thu thập tại cửa lò và sau hệ thống xử lý của 5 mỏ than hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc (Công ty TNHH MTV 35, 86, 91, 618, 790) trong giai đoạn 2013-2014. Mẫu được lấy định kỳ 3 tháng/lần, phân tích 15 chỉ tiêu quan trọng như pH, TSS, BOD5, COD, Fe, Mn, Pb, Cu, As, Hg, Cd, Amoni, tổng photpho, dầu mỡ khoáng và Coliform theo quy trình bảo quản và phân tích chuẩn quốc tế. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có hệ thống nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel và Word để tổng hợp, so sánh với các quy chuẩn Việt Nam hiện hành (QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 01:2009/BYT, QCVN 02:2009/BYT). Phương pháp so sánh hiệu quả xử lý giữa các công nghệ hiện có và công nghệ đề xuất được thực hiện dựa trên các chỉ tiêu môi trường. Ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực môi trường, khai thác mỏ và kỹ thuật xử lý nước thải được tham khảo để hoàn thiện mô hình công nghệ xử lý nước thải hầm lò và tái sử dụng nước thải cho sinh hoạt, sản xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải trước xử lý: pH nước thải hầm lò dao động từ 3,5 đến 6,5, thấp hơn giới hạn cho phép (5,5-9). Hàm lượng Fe dao động từ 2 đến 15 mg/l, vượt quy chuẩn tối đa 3 lần vào mùa khô; Mn dao động từ 1,5 đến 10 mg/l, vượt quy chuẩn đến 10 lần; TSS dao động từ 50 đến 500 mg/l, vượt quy chuẩn từ 1,5 đến 5 lần. COD và BOD5 cũng vượt mức cho phép, với COD lên đến 240 mg/l tại một số điểm.

  2. Hiệu quả xử lý nước thải hiện tại: Các hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại 5 mỏ nghiên cứu chủ yếu sử dụng phương pháp trung hòa bằng sữa vôi, keo tụ bằng PAC và PAM, kết hợp lắng lọc. Sau xử lý, pH được nâng lên mức 6,5-8,5, đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên, hàm lượng TSS vẫn còn dao động từ 30 đến 50 mg/l, Fe và Mn gần đạt giới hạn cho phép nhưng vẫn có thời điểm vượt nhẹ. Hiệu quả xử lý trung bình đạt khoảng 60-70% đối với các chỉ tiêu kim loại và chất rắn.

  3. So sánh công nghệ xử lý: Công nghệ lọc đĩa Arkal (Media Filter) được đề xuất cho bậc 1 xử lý nước thải hầm lò cho thấy khả năng giảm TSS xuống dưới 20 mg/l, Fe và Mn giảm trên 80%, tiết kiệm diện tích và năng lượng hơn so với công nghệ truyền thống. Công nghệ màng lọc UF áp dụng cho bậc 2 xử lý tái sử dụng nước thải sau bậc 1 đạt chất lượng nước cấp sinh hoạt với các chỉ tiêu pH ổn định, độ đục giảm trên 90%, coliform giảm gần như triệt để, phù hợp với QCVN 01:2009/BYT và QCVN 02:2009/BYT.

  4. Mô hình xử lý và tái sử dụng nước thải: Mô hình thực nghiệm tại mỏ 790 (Mông Dương) cho thấy hệ thống xử lý kết hợp lọc đĩa và màng UF có thể tái sử dụng khoảng 70% lượng nước thải, giảm đáng kể nhu cầu nước sạch mua ngoài, tiết kiệm chi phí và giảm áp lực lên nguồn nước tự nhiên.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nước thải hầm lò là do quá trình oxy hóa pyrit và lưu huỳnh trong than tạo axit sulfuric, hòa tan kim loại nặng như Fe và Mn. Mức độ ô nhiễm cao hơn vào mùa khô do lượng nước thải ít hơn, làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm. So với các nghiên cứu trong ngành than Việt Nam, kết quả này tương đồng với mức độ ô nhiễm phổ biến tại các mỏ than hầm lò khác ở Quảng Ninh. Hiệu quả xử lý nước thải hiện tại còn hạn chế do công nghệ truyền thống chưa xử lý triệt để các chất rắn lơ lửng và kim loại hòa tan. Việc áp dụng công nghệ lọc đĩa và màng UF giúp nâng cao hiệu quả xử lý, giảm diện tích xây dựng và chi phí vận hành, đồng thời đáp ứng yêu cầu tái sử dụng nước thải cho sinh hoạt và sản xuất. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ Fe, Mn, TSS trước và sau xử lý, biểu đồ diễn biến pH và coliform qua các giai đoạn xử lý, giúp minh họa rõ hiệu quả công nghệ đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai công nghệ lọc đĩa Arkal cho xử lý bậc 1 nhằm giảm hàm lượng TSS, Fe, Mn trong nước thải hầm lò xuống dưới ngưỡng quy chuẩn, áp dụng tại tất cả các mỏ hầm lò thuộc Tổng công ty Than Đông Bắc trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và môi trường Tổng công ty.

  2. Áp dụng công nghệ màng lọc UF cho xử lý bậc 2 nhằm tái sử dụng nước thải đã qua xử lý cho mục đích sinh hoạt và sản xuất, giảm tiêu thụ nước sạch mua ngoài, dự kiến hoàn thành mô hình thí điểm trong 1 năm tại mỏ 790, sau đó nhân rộng. Chủ thể thực hiện: Phòng nghiên cứu và phát triển công nghệ, phối hợp với đơn vị vận hành mỏ.

  3. Tăng cường giám sát và quản lý chất lượng nước thải định kỳ 3 tháng/lần, tập trung vào các chỉ tiêu pH, TSS, Fe, Mn, COD, BOD để đảm bảo hiệu quả xử lý và tuân thủ quy chuẩn môi trường. Chủ thể thực hiện: Phòng môi trường các mỏ và Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Quảng Ninh.

  4. Đào tạo nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành hệ thống xử lý nước thải cho công nhân và cán bộ kỹ thuật tại các mỏ, đảm bảo vận hành hiệu quả, giảm thiểu sự cố và thất thoát nước thải chưa xử lý. Thời gian thực hiện liên tục trong 6 tháng đầu năm 2025. Chủ thể thực hiện: Ban đào tạo Tổng công ty phối hợp với các chuyên gia môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành than và khoáng sản: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch xử lý nước thải, nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường trong khai thác than.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia môi trường tại các mỏ than: Áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, cải tiến hệ thống hiện có, giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí vận hành.

  3. Các đơn vị tư vấn môi trường và thiết kế công trình xử lý nước thải: Tham khảo dữ liệu thực nghiệm, mô hình công nghệ để thiết kế hệ thống xử lý phù hợp với đặc thù nước thải mỏ than hầm lò.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường, kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu chuyên sâu về ô nhiễm nước thải mỏ than, công nghệ xử lý và tái sử dụng nước thải, phục vụ cho các đề tài, luận án liên quan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nước thải mỏ than hầm lò có đặc điểm gì nổi bật?
    Nước thải mỏ than hầm lò thường có pH thấp (3,5-6,5), chứa hàm lượng cao kim loại nặng như Fe (2-15 mg/l), Mn (1,5-10 mg/l), tổng chất rắn lơ lửng (50-500 mg/l), vượt nhiều lần quy chuẩn môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng.

  2. Hiệu quả xử lý nước thải hiện tại tại các mỏ than Đông Bắc ra sao?
    Công nghệ trung hòa bằng sữa vôi kết hợp keo tụ và lắng lọc đạt hiệu quả xử lý khoảng 60-70% với các chỉ tiêu kim loại và chất rắn, nhưng vẫn còn tồn tại các chỉ tiêu vượt ngưỡng vào một số thời điểm.

  3. Công nghệ lọc đĩa Arkal và màng UF có ưu điểm gì?
    Lọc đĩa Arkal giúp giảm TSS, Fe, Mn hiệu quả trên 80%, tiết kiệm diện tích và năng lượng. Màng UF loại bỏ vi sinh vật, coliform, nâng cao chất lượng nước tái sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất, đáp ứng quy chuẩn nước sạch.

  4. Làm thế nào để tái sử dụng nước thải mỏ than hiệu quả?
    Bằng cách xử lý nước thải qua hệ thống lọc đĩa và màng UF, nước thải đạt chất lượng phù hợp cho sinh hoạt, tắm giặt và sản xuất, giảm nhu cầu sử dụng nước sạch mua ngoài, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

  5. Các biện pháp quản lý môi trường nào cần được thực hiện tại các mỏ than?
    Cần tăng cường giám sát chất lượng nước thải, vận hành hệ thống xử lý đúng quy trình, đào tạo nhân lực, áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến và xây dựng hệ thống thu gom nước thải đồng bộ để giảm thiểu ô nhiễm.

Kết luận

  • Đánh giá hiện trạng cho thấy nước thải hầm lò tại 5 mỏ than Đông Bắc có pH thấp, hàm lượng Fe, Mn và TSS vượt quy chuẩn môi trường từ 1,5 đến 10 lần.
  • Hiệu quả xử lý nước thải hiện tại đạt khoảng 60-70%, chưa đáp ứng triệt để yêu cầu bảo vệ môi trường.
  • Công nghệ lọc đĩa Arkal và màng UF được đề xuất và thử nghiệm thành công, nâng cao hiệu quả xử lý và tái sử dụng nước thải cho sinh hoạt, sản xuất.
  • Đề xuất triển khai công nghệ mới trong 2 năm tới, đồng thời tăng cường giám sát và đào tạo vận hành hệ thống xử lý nước thải.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên nước và phát triển bền vững ngành than tại Quảng Ninh.

Next steps: Triển khai mô hình thí điểm tại mỏ 790, đánh giá hiệu quả thực tế, nhân rộng áp dụng cho các mỏ khác.

Call to action: Các đơn vị khai thác than và quản lý môi trường cần phối hợp triển khai công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, đồng thời tăng cường giám sát và đào tạo để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.