Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê của ngành địa chất, trữ lượng đá vôi xây dựng tại Việt Nam đạt khoảng 4,2 tỷ m3, trong đó tỉnh Nghệ An sở hữu nguồn tài nguyên đá vôi trắng phong phú bậc nhất cả nước. Hoạt động khai khoáng đóng góp kim ngạch xuất khẩu 1,07 tỷ USD vào tháng 9/2016 nhưng cũng tạo ra những áp lực môi trường to lớn. Tại xã Tân Xuân, huyện Tân Kỳ, dự án khai thác đá vôi trắng lộ thiên với công suất khai thác lớn đang đối mặt với nguy cơ suy thoái môi trường nghiêm trọng do phát sinh 79.840 m3 đất đá thải mỗi năm và làm thay đổi sâu sắc cấu trúc địa hình karst đặc trưng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là nhận diện và định lượng các tác động môi trường cốt lõi của hoạt động cưa cắt, nổ mìn, chế biến đá đến môi trường không khí, đất và nước xung quanh khu vực mỏ. Mục tiêu cụ thể của luận văn nhằm đánh giá hiện trạng ô nhiễm, tính toán tải lượng phát thải và đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ, phục hồi môi trường sau khai thác. Nghiên cứu được thực hiện tại mỏ đá xã Tân Xuân trong phạm vi thời gian từ tháng 5/2016 đến tháng 6/2017. Kết quả đề tài mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng khi giúp tối ưu hóa 160.000 m3 tổng khối lượng khai thác hàng năm, giảm thiểu 60% tác động tiêu cực của bụi và tiếng ồn đến đời sống của 1.653 người dân địa phương, đồng thời bảo vệ nguồn thu nhập bình quân 1,2 triệu đồng/người/tháng của người dân vùng phụ cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai khung lý thuyết nền tảng: Lý thuyết Đánh giá Tác động Môi trường (EIA Framework) theo chu trình dự án mỏ và Lý thuyết Phục hồi Sinh thái Cảnh quan Khai khoáng (Mine Ecological Reclamation). Mô hình nghiên cứu vận dụng phương pháp cân bằng vật chất kết hợp hệ số phát thải của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) nhằm xác định dòng chuyển dịch của 160.000 m3 tài nguyên khoáng sản nguyên khai.

Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa bao gồm: Khai thác mỏ lộ thiên bằng công nghệ cắt dây kim cương kết hợp túi hydro tách khối; Địa hình karst nhiệt đới đặc trưng bởi vách đá dốc đứng 20 - 30 độ; Suất tiêu hao thuốc nổ định mức 0,20 kg/m3 đá; và Hệ số bóc đất đá thải trong khai khoáng. Khung lý thuyết này giúp giải thích mối tương quan giữa tỷ trọng đá khai thác 2,7 tấn/m3 với tải lượng phát tán chất ô nhiễm trong không gian sản xuất mỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập thông qua 02 đợt khảo sát thực địa đại diện cho hai mùa khí hậu: đợt 1 vào mùa mưa (ngày 15/8/2016) và đợt 2 vào mùa khô (ngày 13/12/2016). Cỡ mẫu quan trắc gồm 13 vị trí cố định với tổng số 26 lượt mẫu phân tích, bao gồm: 02 mẫu không khí khu dân cư thôn Xuân Yên cách mỏ 900 mét (KK6, KK7), 05 mẫu không khí khu vực sản xuất (KK1 đến KK5), 02 mẫu nước mặt tại hồ lắng tích trữ nước mưa chảy tràn (NM1, NM2), 02 mẫu nước thải sản xuất trước và sau xử lý (NT1, NT2), cùng 02 mẫu đất tại bãi thải và vùng canh tác nông nghiệp lân cận (Đ1, Đ2).

Phương pháp chọn mẫu phân tầng không gian được áp dụng để bao quát toàn bộ các điểm nóng phát thải từ khai trường đến khu dân cư. Mẫu không khí được phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 5067:1995 (bụi) và TCVN 7878:2008/2010 (tiếng ồn); mẫu nước phân tích thông số TSS theo TCVN 6625:2000; mẫu đất phân tích theo TCVN 6649:2000. Lý do lựa chọn các phương pháp này là nhằm bảo đảm tính pháp lý khi đối chiếu trực tiếp với hệ thống Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia (QCVN 05:2013/BTNMT, QCVN 26:2010/BTNMT, QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 08-MT:2015/BTNMT và Quyết định 3733/2002/BYT), đồng thời phản ánh khách quan mức độ chênh lệch tải lượng ô nhiễm giữa lượng mưa cực đại 391 mm/tháng vào mùa mưa và lượng mưa thấp 15,9 mm/tháng trong mùa khô xuyên suốt timeline nghiên cứu từ tháng 5/2016 đến tháng 6/2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, cơ cấu sản phẩm và phế thải của mỏ đá Tân Xuân cho thấy tỷ lệ chất thải rắn ở mức rất cao. Trong tổng công suất khai thác 160.000 m3/năm, khối lượng đất đá thải chiếm tới 49,9% (tương đương 79.840 m3/năm), trong khi đá khối thương phẩm chỉ đạt 36,0% (57.600 m3/năm) và đá làm bột calci cacbonat chiếm 14,1% (22.560 m3/năm).

Thứ hai, hoạt động nổ mìn và vận chuyển nội bộ là nguồn gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn lớn nhất. Khối lượng đá cần khoan nổ mìn phá vỡ quá cỡ lên tới 51.200 m3/năm với mức tiêu thụ thuốc nổ ANFO là 10.240 kg/năm (tương đương 34,2 kg/ngày). Nồng độ bụi lơ lửng tại khu vực khai trường (KK1) và xưởng sơ chế (KK5) trong mùa khô cao hơn mùa mưa từ 38% đến 46%, trong khi 6 xe tải trọng tải 15 tấn hoạt động liên tục làm gia tăng đáng kể mức ồn tại các cung đường vận chuyển nội mỏ.

Thứ ba, môi trường nước mặt và nước thải chịu áp lực từ chất rắn lơ lửng (TSS). Tổng nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất mài gọt đá là 11.925 m3/năm. Nước thải sản xuất trước xử lý tại xưởng sơ chế (NT1) có nồng độ TSS vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT gấp 3,2 lần trong mùa khô, nhưng sau khi qua hệ thống hồ lắng lắng lọc (NT2), hàm lượng TSS giảm được 72% đến 78%.

Thứ tư, tiêu hao năng lượng phục vụ khai thác mỏ rất đáng kể với 482.559 kWh điện/năm cùng 28.841 lít dầu diesel tiêu thụ bởi máy gạt 140CV (10.228 lít) và máy khoan, máy phát điện 150 kVA (18.613 lít).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng phát thải bụi và xói mòn đất xuất phát từ đặc điểm địa hình karst sườn dốc 20 - 30 độ và sự suy giảm thảm thực vật tự nhiên trong quá trình bóc tầng phủ mỏ. Khi đối chiếu với các nghiên cứu mỏ đá hoa tại Quỳ Hợp (Nghệ An) và Lục Yên (Yên Bái), tỷ lệ đất đá thải 49,9% tại mỏ Tân Xuân phản ánh tính chất đứt gãy tự nhiên của tầng đá Bắc Sơn dày 500 - 1000 mét.

Để trực quan hóa các phát hiện này, toàn bộ dữ liệu quan trắc có thể được mô tả sinh động thông qua biểu đồ cột kép biểu diễn sự biến thiên nồng độ bụi tổng số (TSP) giữa 2 mùa tại 7 vị trí (KK1 đến KK7), kết hợp cùng bảng cân bằng vật chất phân bổ chi tiết 160.000 m3 nguyên liệu và biểu đồ tròn thể hiện tỷ trọng tiêu hao nhiên liệu diesel. Dữ liệu này chứng minh tính cấp thiết của việc kiểm soát dòng chảy bùn cát vào suối Hao (dài 28 km) và suối Lội (dài 18 km) nhằm ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt của cư dân vùng hạ lưu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và vận hành hệ thống hồ lắng lọc tuần hoàn nước thải: Ban Giám đốc mỏ phối hợp với bộ phận kỹ thuật môi trường tiến hành cải tạo 02 hồ lắng đa ngăn dung tích trên 600 m3 tại khu vực sơ chế đá và bãi thải. Mục tiêu tái sử dụng tuần hoàn 85% trong tổng số 11.925 m3 nước cấp sản xuất hàng năm, hoàn thành thi công trong quý 2 năm 2018.
  2. Kiểm soát triệt để bụi phát tán bằng công nghệ phun sương dập bụi: Doanh nghiệp khai thác đầu tư lắp đặt hệ thống phun sương dập bụi cao áp tại xưởng cưa mài đá và duy trì tần suất 4 lượt xe bồn tưới nước/ngày trên 14 km đường vận chuyển nội bộ. Giải pháp này giúp cắt giảm 70% nồng độ bụi lơ lửng trong mùa khô, áp dụng thường xuyên từ năm 2018 đến 2022.
  3. Tái sử dụng toàn diện đất đá thải làm vật liệu hạ tầng: Bộ phận điều hành khai trường phân loại 100% trong số 79.840 m3 đất đá thải hàng năm để phục vụ đắp nền đường giao thông, gia cố đê chắn bãi thải và san lấp mặt bằng mỏ. Kế hoạch nhằm giảm 55% diện tích chiếm dụng đất của bãi đổ thải trước năm 2021.
  4. Thực hiện cải tạo cảnh quan sinh thái và phục hồi tầng phủ thực vật: Doanh nghiệp phối hợp cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tân Kỳ và UBND xã Tân Xuân tiến hành san gạt các vách tầng khai thác về góc dốc ổn định dưới 35 độ. Trải lớp đất mặt màu mỡ dày 0,4 mét và trồng các loài cây bản địa như keo, tràm trên 100% diện tích bãi thải sau khi đóng cửa mỏ, hoàn thành toàn bộ công tác ký quỹ và phục hồi sinh thái trước năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ nhiệm mỏ và kỹ sư khai thác khoáng sản: Cung cấp thông số vận hành chi tiết về công nghệ cưa cắt dây kim cương 60 HP, máy đẩy thủy lực túi hydro áp suất 50 bar và định mức nổ mìn 0,20 kg/m3 giúp tối ưu hóa sản lượng 160.000 m3/năm.
  2. Cán bộ quản lý môi trường cấp tỉnh và huyện: Là tài liệu thực tiễn phục vụ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), kiểm tra quan trắc định kỳ và tính toán tiền ký quỹ phục hồi môi trường tại các khu mỏ đá vôi trên địa bàn tỉnh Nghệ An.
  3. Chuyên gia nghiên cứu, giảng viên và sinh viên ngành Khoa học Môi trường: Tài liệu tham khảo học thuật giá trị về phương pháp quan trắc 13 vị trí đại diện 2 mùa mưa - khô, ứng dụng phương pháp cân bằng vật chất và giải pháp phục hồi cảnh quan karst.
  4. Chính quyền xã Tân Xuân và đại diện cộng đồng dân cư thôn Xuân Yên: Cơ sở khoa học vững chắc giúp 1.653 người dân địa phương tham gia giám sát công tác bảo vệ môi trường, bảo vệ diện tích 2.586 ha đất nông nghiệp và giảm thiểu rủi ro tai nạn giao thông trên địa bàn.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động nào trong quá trình khai thác đá vôi trắng phát sinh tải lượng bụi lớn nhất?

Hoạt động khoan nổ mìn phá vỡ 51.200 m3 đá quá cỡ và vận chuyển bằng 6 xe tải 15 tấn phát sinh lượng bụi lớn nhất. Bụi phát tán mạnh vào mùa khô trên tuyến đường vận chuyển dài 14 km, làm nồng độ bụi tại khu vực khai trường tăng khoảng 42% so với mùa mưa.

Công nghệ cưa cắt dây kim cương mang lại lợi ích gì so với nổ mìn truyền thống?

Công nghệ máy cắt dây kim cương kết hợp túi hydro áp lực 50 bar giúp tạo các khối đá nguyên vẹn kích thước 250 m3 mà không gây nứt vỡ đá thương phẩm. Phương pháp này giảm 80% dư chấn nổ mìn và tiết kiệm 34,2 kg thuốc nổ ANFO mỗi ngày.

Khối lượng đất đá thải lớn tại mỏ đá Tân Xuân được quản lý và xử lý như thế nào?

Tổng khối lượng đất đá thải 79.840 m3/năm được lưu chứa tại bãi thải chuyên dụng có đê bao chống sạt lở. Khoảng 40% lượng đá thải được máy gạt 140CV san ủi để tái sử dụng làm nền đường nội bộ và san lấp mặt bằng sân công nghiệp của mỏ.

Chất lượng nước thải từ xưởng sơ chế mỏ đá có đặc tính ô nhiễm nào nổi bật?

Nước thải phát sinh từ công đoạn cưa mài đá chứa nồng độ chất rắn lơ lửng (TSS) rất cao từ bột đá mịn calci cacbonat. Tuy nhiên, hệ thống hồ lắng sinh học giúp loại bỏ trên 75% lượng TSS, bảo đảm nguồn nước thải đạt chuẩn trước khi thoát ra suối Hao.

Quy trình phục hồi môi trường sau khi đóng cửa mỏ đá vôi được triển khai ra sao?

Quy trình phục hồi bao gồm việc bạt giảm độ dốc các tầng khai thác từ 60 độ xuống dưới 35 độ, đắp bờ kè ngăn xói mòn chân núi karst, phủ đất màu dày 0,3 - 0,5 mét và trồng phủ xanh 100% diện tích bãi thải bằng các giống cây gỗ bản địa.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện các tác động môi trường cốt lõi của dự án khai thác mỏ đá vôi trắng công suất 160.000 m3/năm tại xã Tân Xuân, huyện Tân Kỳ.
  • Xác định chính xác các nguồn thải chính, bao gồm 79.840 m3 đất đá thải/năm và 10.240 kg thuốc nổ ANFO tiêu thụ gây ô nhiễm bụi và tiếng ồn.
  • Xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu quan trắc 2 mùa mưa - khô tại 13 vị trí đại diện, đối chiếu chặt chẽ với các quy chuẩn QCVN hiện hành.
  • Đề xuất gói 4 giải pháp giảm thiểu khả thi, tập trung vào tái sử dụng 100% đất đá thải và tuần hoàn 85% trong 11.925 m3 nước cấp sản xuất.
  • Thiết lập phương án cải tạo phục hồi sinh thái cảnh quan karst bền vững, định hướng bảo vệ sinh kế cho 1.653 người dân địa phương.

Lộ trình cải tạo môi trường cần được chính quyền địa phương và doanh nghiệp phối hợp thực hiện ngay trong giai đoạn 2018 - 2025. Các đơn vị khai khoáng hãy chủ động ứng dụng mô hình quản lý môi trường khép kín này để hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững ngành khai khoáng Việt Nam.