Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than là ngành công nghiệp nền tảng của tỉnh Quảng Ninh, đóng góp trên 90% tổng sản lượng than của cả nước với trữ lượng địa chất thăm dò ước tính hơn 3,3 tỷ tấn tính đến mức âm 300 mét. Hoạt động sản xuất tập trung với mật độ cao nhất tại hai đô thị trung tâm là thành phố Hạ Long với tổng diện tích đất 27.195,03 ha và thành phố Cẩm Phả có diện tích 486,45 km² cùng tiềm năng tài nguyên hơn 3 tỷ tấn than. Tuy nhiên, đặc thù công nghệ khai khoáng truyền thống đã tạo nên những áp lực môi trường gay gắt. Ước tính trung bình để sản xuất được 1 tấn than sạch cần phải bóc tách 8 đến 10 m³ đất đá phủ và phát sinh từ 1 đến 3 m³ nước thải mỏ có tính axit.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự gia tăng nồng độ bụi lơ lửng và sự suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ven bờ do hoạt động khoan nổ mìn, vận tải cơ giới, sàng tuyển và bốc rót than tại các cảng chuyên dụng. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái Vịnh Hạ Long với 434 km² vùng lõi di sản thiên nhiên thế giới, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của hàng trăm nghìn cư dân đô thị mỏ.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là tiến hành điều tra, phân loại và định lượng tải lượng phát thải từ các nguồn ô nhiễm bụi và nước thải chủ yếu tại các mỏ than lớn như Cao Sơn, Cọc Sáu, Núi Béo cùng các nhà máy sàng tuyển Nam Cầu Trắng và Cửa Ông. Phạm vi không gian nghiên cứu tập trung vào các điểm nóng sản xuất tại thành phố Hạ Long và thành phố Cẩm Phả trong giai đoạn từ tháng 2 đến tháng 10 năm 2013. Luận văn cung cấp luận cứ thực tiễn để nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước, vận hành tối ưu hệ thống 32 trạm xử lý nước thải mỏ và đề xuất các giải pháp kiểm soát chất thải đồng bộ hướng tới mục tiêu phát triển bền vững đến năm 2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng mô hình Động lực - Áp lực - Hiện trạng - Tác động - Đáp ứng (DPSIR) làm khung phân tích hệ thống nhằm làm rõ mối quan hệ tương hỗ giữa tăng trưởng khai khoáng than và sự biến đổi chất lượng môi trường không khí, tài nguyên nước. Song song với đó, lý thuyết sinh thái công nghiệp và nguyên lý sản xuất sạch hơn được áp dụng để đánh giá tiềm năng tuần hoàn dòng vật chất, thu hồi than bùn và tái sử dụng nước công nghệ trong quy trình sàng tuyển. Mô hình đánh giá nhanh nguồn ô nhiễm của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cùng hướng dẫn kỹ thuật từ tài liệu kiểm kê phát thải không khí quốc tế (Air CHIEF) được triển khai để xác định hệ số phát thải bụi cơ giới hóa.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm:

  1. Bụi hô hấp: Hệ khí dung chứa các hạt rắn có kích thước khí động học từ 0,1 đến 5 µm, có khả năng đi sâu vào phế nang phổi và chiếm tới 80 đến 90% tổng số hạt bụi trong môi trường lao động hầm lò.
  2. Bụi lắng và bụi bay (Aerozon/Aerogen): Trạng thái vật lý của bụi khoáng vô cơ chứa hàm lượng silic cao, lắng đọng theo định luật Stokes hoặc phát tán xa dưới tác động của hoàn lưu gió ven biển.
  3. Nước thải mỏ axit (Acid Mine Drainage - AMD): Dòng thải phát sinh từ moong lộ thiên, hầm lò và bãi thải có độ pH thấp, hàm lượng cặn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD) và kim loại nặng hòa tan cao.
  4. Tải lượng ô nhiễm: Khối lượng chất ô nhiễm phát sinh trên một đơn vị thời gian hoặc trên một đơn vị sản phẩm than nguyên khai.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hệ thống báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), hồ sơ quan trắc môi trường định kỳ tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, dữ liệu kỹ thuật từ Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và Phòng Cảnh sát phòng chống tội phạm về môi trường Công an tỉnh Quảng Ninh.

Về phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu có chủ đích tại các vị trí phát sinh ô nhiễm trọng điểm: gương lò khai thác than mức âm 25 mét và dương 30 mét, tuyến đường vận chuyển mỏ Cao Sơn, bãi thải Bắc Bàng Nâu, hệ thống sàng tuyển Cửa Ông và Nam Cầu Trắng. Đồng thời, kỹ thuật đánh giá nhanh có sự tham gia của người dân (PRA) được triển khai với cỡ mẫu khảo sát trực tiếp là 10 hộ gia đình tại khu 6, phường Hồng Hà, thành phố Hạ Long – khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp từ trục đường vận chuyển than ra cảng Nam Cầu Trắng. Việc lựa chọn cỡ mẫu và địa bàn này nhằm phản ánh chân thực nhất tác động ngoại ứng tiêu cực của bụi giao thông đối với đời sống sinh hoạt dân sinh.

Phương pháp phân tích thực nghiệm tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Đo đạc nhanh nhiệt độ và pH tại hiện trường bằng thiết bị WATERPROOF pH Testr 10 theo QCVN 05:2009/BTNMT. Xác định hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) bằng phương pháp khối lượng với tủ sấy Binder ED53 và cân phân tích độ chính xác 0,0001 gam theo QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT. Chỉ số COD được phân tích qua hệ thống bếp đốt Palintest và chuẩn độ tự động TITRONIC 96; chỉ số BOD5 được đo sau 5 ngày nuôi cấy trong tủ ổn nhiệt TS 606-G2. Toàn bộ tiến trình khảo sát thực địa, lấy mẫu và kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện tập trung từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hoạt động khai thác lộ thiên và nổ mìn bóc đất đá phát tán khối lượng bụi khổng lồ với nồng độ vượt quy chuẩn nhiều lần. Tại các khai trường lộ thiên, nồng độ bụi xung quanh máy xúc thủy lực EKG-5A khi vận hành đạt 205,0 mg/m³, cao gấp 11,08 lần so với thời điểm máy dừng hoạt động (18,5 mg/m³). Hoạt động nổ mìn phá vỡ đất đá tạo ra đám mây bụi cao từ 100 đến 150 mét với nồng độ tức thời từ 800 đến 5.000 mg/m³. Thống kê tại các mỏ trọng điểm cho thấy lượng bụi phát sinh do nổ mìn hàng năm rất lớn: mỏ Cao Sơn phát sinh 46.314,75 tấn bụi/năm (diện tích bóc tách 6 km²), mỏ Cọc Sáu phát sinh 42.574,5 tấn bụi/năm (diện tích 4 km²) và mỏ Núi Béo phát sinh 34.655 tấn bụi/năm (diện tích 6,7 km²).

Thứ hai, vận chuyển than và bốc dỡ kho bãi là nguồn gây ô nhiễm bụi nghiêm trọng nhất đối với khu vực dân cư. Khi xe tải chuyên dụng lưu thông, nồng độ bụi trên các tuyến đường nội mỏ đo được là 2.257 mg/m³, cao gấp 18,8 lần so với khi đã lan tỏa bình ổn (120 mg/m³). Tại cảng Hóa chất Mông Dương, trung bình mỗi ngày có 260 lượt xe tải 16 tấn hoạt động, vận chuyển khoảng 4.160 tấn than trên cung đường 0,5 km nội cảng, làm phát thải tổng cộng 156 kg bụi/ngày (bao gồm 102,7 kg bụi từ xe chở tải và 53,3 kg bụi từ xe chạy không tải). Kết quả khảo sát 10 hộ dân tại khu 6 phường Hồng Hà ghi nhận tỷ lệ 100% hộ dân chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi bụi than và tiếng ồn, thường xuyên mắc các bệnh đường hô hấp như viêm mũi dị ứng và viêm xoang.

Thứ ba, nồng độ bụi hô hấp và hàm lượng silic tự do trong hầm lò ở mức nguy hại cao. Tại lò chợ vỉa 9B Đông (mức -25/+30), nồng độ bụi trong quá trình xúc bốc, vận tải than dao động từ 85 đến 93 mg/m³ và đạt 83 đến 95 mg/m³ sau khi nổ mìn 35 phút. Đáng lưu ý, các hạt bụi hô hấp có đường kính 0,5 đến 5 µm chiếm tới 90% tổng số hạt bụi. Hàm lượng silic tự do (SiO₂) trong bụi than chiếm 3,6 đến 13,5% (8,5 ± 3 mg/m³) và trong bụi đá chiếm từ 12 đến 26% (20 ± 2 mg/m³), là nguyên nhân trực tiếp dẫn tới bệnh bụi phổi nghề nghiệp ở công nhân mỏ.

Thứ tư, nguồn phát thải nước thải mỏ có lưu lượng lớn và mang tính axit hóa cao. Nhà máy tuyển than Cửa Ông tiêu thụ lượng nước cấp lên tới 30.000 m³/ngày lấy từ hồ Bara. Mặc dù nước tuyển than đã được tuần hoàn lắng đọng, nhưng nước mưa chảy tràn qua các khai trường lộ thiên và các bãi thải khổng lồ như Bắc Bàng Nâu (dung tích thiết kế 673,5 triệu m³) cuốn theo lượng lớn cặn lơ lửng, ion sắt và kim loại nặng, làm nước mặt xung quanh bị axit hóa, gây ăn mòn bê tông, kim loại và bồi lắng các lòng suối dẫn ra vịnh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm không khí cục bộ là do điều kiện địa hình đồi núi dốc ven biển, tốc độ gió trung bình đạt 5 m/s (nhiều thời điểm gió giật trên 40 m/s), làm gia tăng tốc độ khuếch tán bụi từ các tầng đổ thải trên cao xuống các khu dân cư lân cận. Khâu bốc dỡ và lưu bãi than phần lớn chưa có mái che kín, khiến bụi dễ dàng phát tán vào mùa hanh khô chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc. Đối với môi trường nước, sự tiếp xúc giữa khoáng vật pyrit trong vỉa than với nước mưa và oxy không khí là cơ chế hóa học chủ yếu hình thành nước thải mỏ mang tính axit với hàm lượng Fe cao.

Dữ liệu quan trắc trong luận văn có thể được trình bày rõ nét qua hệ thống biểu đồ đường thể hiện diễn biến hàm lượng Fe và tổng cặn lơ lửng (TSS) tại khu vực Hồng Gai giai đoạn 2005-2009. Các bảng thống kê tải lượng phát thải tại 4 cảng than lớn (Nam Cầu Trắng 5 triệu tấn/năm, Cửa Ông 6 triệu tấn/năm, Khe Dây 2,9 triệu tấn/năm, Mông Dương 2,38 triệu tấn/năm) cho thấy sự tương quan thuận giữa sản lượng bốc rót và độ đục của nước biển ven bờ. So sánh với các nghiên cứu khai khoáng quốc tế như tại vùng mỏ Illawarra (Australia), việc tái tuần hoàn 2.300 m³ nước/ngày bằng công nghệ thẩm thấu ngược là bài học điển hình mà các đơn vị tại Quảng Ninh cần tiếp thu để thay thế cho các hố lắng tự nhiên truyền thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hiện đại hóa công nghệ dập bụi tại nguồn phát sinh:
  • Trang bị hệ thống vòi phun sương áp lực cao tự động tại 100% gương lò khoan nổ mìn và các điểm rót than trên băng tải.
  • Vận hành 24/24h hệ thống 5 trạm với 257 cột phun sương dập bụi dải đều trên 2 km đường nội bộ tại Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng; duy trì vành đai xanh sinh thái 7.000 m² bao quanh nhà xưởng.
  • Lắp đặt đồng bộ hệ thống trạm rửa xe tự động tại cửa ngõ mỏ than Cọc Sáu và Công ty Tuyển than Cửa Ông, đảm bảo 100% phương tiện vận chuyển than được rửa sạch bánh xe và thùng xe trước khi hòa mạng giao thông đô thị; hoàn thành trước quý IV năm 2014. Chủ thể thực hiện: Tập đoàn Vinacomin và các công ty than thành viên.
  1. Chuẩn hóa quy trình xử lý nước thải mỏ đạt chuẩn quốc gia:
  • Vận hành tối đa công suất của mạng lưới 32 trạm xử lý nước thải mỏ tập trung đã được xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh.
  • Ứng dụng quy trình hóa lý kết hợp: trung hòa axit bằng vôi bột, keo tụ tạo bông để lắng cặn TSS và khử triệt để kim loại nặng, đảm bảo 100% nước thải sau xử lý đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra môi trường tự nhiên.
  • Duy trì chế độ tuần hoàn khép kín 30.000 m³/ngày nước tuyển than tại Nhà máy Tuyển than Cửa Ông; mục tiêu hoàn thành nâng cấp công nghệ trong giai đoạn 2013-2015. Chủ thể thực hiện: Công ty Môi trường - Vinacomin.
  1. Tái quy hoạch hệ thống bãi thải và hạ tầng vận tải chuyên dùng:
  • Cải tạo sườn bãi thải Đông Cao Sơn và bãi thải Bắc Bàng Nâu (dung tích 673,5 triệu m³) thành các tầng thấp có chiều cao giật cấp tối đa 30 mét; xây dựng đê chắn chân bãi thải có chiều cao 5 mét và bề rộng mặt đê 5 mét nhằm ngăn ngừa sạt lở đất đá trong mùa mưa bão.
  • Thay thế dần hình thức vận chuyển than bằng ô tô tự đổ sang hệ thống băng tải ống kín và đường sắt chuyên dùng; triển khai lộ trình di dời Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng ra khỏi trung tâm thành phố Hạ Long đến năm 2015. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Quảng Ninh phối hợp Bộ Công Thương và Vinacomin.
  1. Nâng cao năng lực giám sát thể chế và quỹ phục hồi môi trường:
  • Đẩy mạnh giải ngân kinh phí 321 tỷ đồng từ đề án cải tạo, phục hồi môi trường đã được phê duyệt cho 35 khu vực mỏ than; kiểm soát chặt chẽ nguồn quỹ ký quỹ cải tạo môi trường đạt mức 143 tỷ đồng.
  • Thiết lập hệ thống trạm quan trắc tự động liên tục đo nồng độ bụi lơ lửng và chất lượng nước mặt, truyền dữ liệu 24/7 về cơ quan quản lý nhà nước; thực hiện định kỳ từ năm 2013 đến năm 2015. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và UBND các thành phố Hạ Long, Cẩm Phả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Bảo vệ Môi trường, UBND TP Hạ Long, UBND TP Cẩm Phả):
  • Lợi ích: Tiếp cận cơ sở dữ liệu kiểm kê tải lượng bụi và nước thải mỏ thực tế, phục vụ công tác thanh tra, hậu kiểm báo cáo ĐTM và thẩm định cấp phép xả thải công nghiệp.
  • Tình huống sử dụng: Xây dựng quy hoạch phân vùng bảo vệ môi trường, thiết lập các chỉ tiêu kiểm soát ô nhiễm bụi trong quy hoạch phát triển không gian đô thị mỏ.
  1. Lãnh đạo và cán bộ quản lý môi trường thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và các đơn vị thành viên:
  • Lợi ích: Nắm bắt các thông số kỹ thuật về hệ số phát thải bụi cơ giới hóa và hiệu quả vận hành của mô hình phun sương, trạm rửa xe tự động.
  • Tình huống sử dụng: Hoàn thiện kế hoạch quản lý môi trường hàng năm, xây dựng dự toán kinh phí ký quỹ phục hồi môi trường và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải mỏ cho từng khai trường.
  1. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Khai thác Mỏ:
  • Lợi ích: Tham khảo phương pháp luận DPSIR, phương pháp điều tra đánh giá nhanh PRA và quy trình quan trắc bụi hầm lò theo tiêu chuẩn hiện hành.
  • Tình huống sử dụng: Ứng dụng làm tài liệu giảng dạy, tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu về kiểm soát ô nhiễm công nghiệp khai khoáng và phục hồi sinh thái sau khai thác than.
  1. Các chuyên gia tư vấn quy hoạch đô thị và các tổ chức bảo tồn di sản thiên nhiên:
  • Lợi ích: Đánh giá định lượng mức độ phát tán ô nhiễm từ vùng đệm mỏ than đến khu vực bảo vệ tuyệt đối của Vịnh Hạ Long.
  • Tình huống sử dụng: Lập luận chứng khoa học cho các dự án chuyển đổi mô hình kinh tế từ "nâu" sang "xanh", thúc đẩy du lịch bền vững gắn liền với bảo vệ di sản thiên nhiên thế giới diện tích 434 km².

Câu hỏi thường gặp

  1. Hoạt động nào trong dây chuyền sản xuất than phát sinh tải lượng bụi lớn nhất ra môi trường xung quanh? Quá trình vận chuyển than bằng ô tô tự đổ và bốc dỡ tại các kho bãi, cảng biển là nguồn tạo bụi lớn nhất trên diện rộng. Khi xe chở than lưu thông, nồng độ bụi đạt mức 2.257 mg/m³, gấp gần 19 lần khi ổn định. Ngoài ra, việc nổ mìn bóc đất đá tại các mỏ như Cao Sơn làm phát sinh tới 46.314,75 tấn bụi/năm, gây ô nhiễm tức thời trong bán kính 150 đến 300 mét.

  2. Bụi trong môi trường mỏ hầm lò có những đặc tính nguy hại nào đối với sức khỏe công nhân? Bụi hầm lò có nồng độ đo được tại lò chợ lên tới 85 đến 95 mg/m³ sau nổ mìn, trong đó 90% là các hạt bụi hô hấp kích thước siêu nhỏ từ 0,5 đến 5 µm. Đáng ngại hơn, hàm lượng silic tự do (SiO₂) trong bụi than đạt từ 3,6 đến 13,5% và trong bụi đá lên tới 26%, là tác nhân chính gây xơ hóa mô phổi và dẫn đến bệnh bụi phổi không thể phục hồi.

  3. Nước thải mỏ than tác động tiêu cực như thế nào đến hệ thống sông ngòi và vịnh biển? Nước thải mỏ than có độ pH thấp mang tính axit cao, chứa hàm lượng lớn cặn lơ lửng (TSS) và các ion kim loại hòa tan như sắt (Fe) và mangan (Mn). Khi chảy tràn qua bãi thải khổng lồ và đổ ra tự nhiên, dòng thải này làm axit hóa nguồn nước mặt, ăn mòn các công trình xây dựng, gây bồi lắng đáy sông suối và suy thoái hệ sinh thái thủy sinh ven bờ Vịnh Hạ Long.

  4. Nhà máy tuyển than Nam Cầu Trắng đã áp dụng giải pháp công nghệ nào để giảm thiểu ô nhiễm bụi? Đơn vị đã triển khai dự án xử lý triệt để ô nhiễm với tổng kinh phí gần 7 tỷ đồng, bao gồm: cải tạo nâng cấp gần 2 km đường vận chuyển nội bộ, lắp đặt 5 trạm phun sương với 257 cột phun cao áp vận hành 24/24h, nạo vét 900 mét mương thoát nước phía Bắc và trồng 7.000 m² cây xanh tạo vành đai cách ly với khu dân cư phường Hồng Hà.

  5. Mục tiêu chính trong công tác quản lý và xử lý chất thải ngành than đến năm 2015 là gì? Mục tiêu trọng tâm đến năm 2015 là vận hành đồng bộ 32 trạm xử lý nước thải mỏ đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, hoàn thành cải tạo phục hồi môi trường cho 35 dự án mỏ với tổng vốn 321 tỷ đồng, đồng thời chuyển đổi phương thức vận tải than sang băng tải kín và từng bước giảm tỷ trọng khai thác lộ thiên để chuyển dịch sang khai thác hầm lò hiện đại.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng phát sinh bụi và nước thải mỏ tại hai địa bàn trọng điểm thành phố Hạ Long (27.195,03 ha) và thành phố Cẩm Phả (486,45 km²), nơi cung cấp trên 90% sản lượng than toàn quốc.
  • Định lượng chi tiết tải lượng bụi phát sinh từ các khâu công nghệ: nổ mìn bóc đất đá phát sinh từ 34.655 đến 46.314,75 tấn bụi/năm/mỏ; nồng độ bụi vận tải đường bộ đạt đỉnh 2.257 mg/m³; hạt bụi hô hấp trong hầm lò chiếm tới 90% với hàm lượng silic lên tới 26%.
  • Đánh giá lưu lượng và tính chất nước thải mỏ axit, khẳng định vai trò cấp thiết của việc tuần hoàn 30.000 m³/ngày nước tuyển than và quản lý ổn định các bãi thải quy mô hàng trăm triệu mét khối như bãi thải Bắc Bàng Nâu (673,5 triệu m³).
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và thể chế khả thi, bao gồm: dập bụi bằng 257 cột phun sương, vận hành trạm rửa xe tự động, nâng cao hiệu quả 32 trạm xử lý nước thải và giải ngân hiệu quả quỹ phục hồi môi trường 321 tỷ đồng.
  • Cung cấp cơ sở khoa học định hướng lộ trình quản lý môi trường đến năm 2015 và tầm nhìn 2020, tạo bước đệm chuyển đổi phương thức sản xuất than sang công nghệ xanh nhằm bảo tồn toàn vẹn vùng lõi 434 km² Di sản Thiên nhiên Thế giới Vịnh Hạ Long.

Các cơ quan quản lý nhà nước, ban lãnh đạo doanh nghiệp ngành than và các nhà nghiên cứu cần chủ động áp dụng các phát hiện thực nghiệm và mô hình giải pháp từ luận văn này vào công tác lập quy hoạch, đầu tư công nghệ xử lý chất thải và hoàn thiện chính sách bảo vệ môi trường mỏ ngay hôm nay.