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, đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế quốc gia. 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 tạo ra lượng lớn nước thải công nghiệp có nguy cơ gây 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 trong quá trình khai thác và chế biến khoáng sản tại mỏ Núi Pháo, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 06/2018 đến tháng 06/2019, tập trung tại khu vực mỏ Núi Pháo, sử dụng số liệu quan trắc môi trường định kỳ và dữ liệu thực tế của Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo.

Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao kiến thức và kỹ năng thực tiễn trong lĩnh vực khoa học môi trường mà còn cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý, vận hành hệ thống xử lý nước thải tại các mỏ khoáng sản, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành khai thác khoáng sản tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và khái niệm cơ bản về môi trường và ô nhiễm nước, bao gồm:

  • Khái niệm môi trường và ô nhiễm môi trường: Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng đến sự tồn tại của sinh vật; ô nhiễm môi trường là sự biến đổi các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật.
  • Ô nhiễm nguồn nước và nước thải công nghiệp: Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất, chứa các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và kim loại nặng, có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý.
  • Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước: Bao gồm các chỉ tiêu vật lý (pH, độ đục, TSS, TDS), hóa học (COD, BOD, kim loại nặng như Mn, Fe, F, As, Cu, xyanua), và vi sinh vật (Coliform, E.coli).
  • Mô hình xử lý nước thải công nghiệp: Áp dụng các công nghệ xử lý sinh học hiếu khí (MBBR), xử lý hóa lý, kết tủa hóa học, trao đổi ion và xử lý bùn thải bằng công nghệ Geotube.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu thứ cấp từ báo cáo quan trắc môi trường định kỳ của Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo và số liệu sơ cấp thu thập trực tiếp qua lấy mẫu nước thải tại các vị trí quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải.
  • Phương pháp lấy mẫu: Tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995, lấy mẫu tại hồ chứa nước thải, trạm xử lý và điểm xả thải DP2, với tổng cộng 28 mẫu được lấy theo quý trong năm 2018-2019.
  • Phân tích mẫu: Các chỉ tiêu phân tích gồm TSS, COD, florua, sắt, asen, mangan, đồng, xyanua, pH, DO, độ dẫn điện, TDS được phân tích tại phòng thí nghiệm SGS Núi Pháo theo các phương pháp tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam.
  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để xử lý số liệu, trình bày bằng bảng biểu và đồ thị, so sánh với các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia như QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Phân tích phương sai được áp dụng để đánh giá sự khác biệt giữa các mẫu trước và sau xử lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải đầu vào: Nước thải từ hồ chứa đuôi quặng sunfua (STC) và oxit (OTC) có hàm lượng mangan (Mn) và florua (F) vượt mức quy chuẩn cho phép, với Mn trung bình khoảng 2,5 mg/l và F khoảng 1,8 mg/l, cao hơn giới hạn QCVN 40:2011/BTNMT cột B (Mn ≤ 1,0 mg/l, F ≤ 1,5 mg/l). Các chỉ tiêu BOD và COD ở mức thấp, phản ánh nguồn nước thải chủ yếu chứa các chất vô cơ và kim loại nặng.

  2. Hiệu quả xử lý sinh học và hóa lý: Sau xử lý sinh học hiếu khí và phản ứng hóa lý, hàm lượng BOD5 giảm từ trung bình 45 mg/l xuống còn dưới 10 mg/l, tương đương hiệu suất xử lý trên 78%. COD giảm từ 120 mg/l xuống còn khoảng 30 mg/l, đạt hiệu suất xử lý 75%. Hàm lượng TSS giảm từ 150 mg/l xuống dưới 30 mg/l, tương đương hiệu quả xử lý 80%.

  3. Giảm nồng độ kim loại nặng và xyanua: Nồng độ Mn, Fe, F, As, Cu và xyanua trong nước thải sau xử lý đều giảm đáng kể, trong đó xyanua giảm từ 0,05 mg/l xuống dưới 0,01 mg/l, đảm bảo dưới giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT. Hiệu suất loại bỏ kim loại nặng đạt từ 60-85% tùy loại kim loại.

  4. Chất lượng nước thải đầu ra: Nước thải sau xử lý tại điểm xả DP2 đạt các tiêu chuẩn về chất lượng nước mặt theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, với pH ổn định trong khoảng 7,5-8,5, DO trên 5 mg/l, BOD5 và COD dưới ngưỡng cho phép, TSS dưới 30 mg/l, và không phát hiện vi khuẩn E.coli.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo được đánh giá cao nhờ áp dụng đồng bộ công nghệ xử lý sinh học hiếu khí kết hợp với xử lý hóa lý và công nghệ xử lý bùn thải hiện đại. Việc tuần hoàn nước thải từ các hồ chứa đuôi quặng về nhà máy chế biến giúp giảm lượng nước thải xả ra môi trường, góp phần tiết kiệm nguồn nước và giảm thiểu ô nhiễm.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành khai thác khoáng sản tại Việt Nam và quốc tế, hiệu suất xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo tương đương hoặc vượt trội hơn, đặc biệt trong việc kiểm soát kim loại nặng và xyanua – những chất ô nhiễm nguy hiểm trong ngành khai thác khoáng sản. Kết quả này phản ánh sự đầu tư bài bản về công nghệ và quản lý môi trường của Công ty TNHH Khai thác Chế biến khoáng sản Núi Pháo.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý, bảng tổng hợp hiệu suất xử lý từng chỉ tiêu, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát và bảo trì hệ thống xử lý nước thải: Định kỳ kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị xử lý để duy trì hiệu suất xử lý ổn định, giảm thiểu sự cố kỹ thuật. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý môi trường Công ty, thời gian: liên tục hàng năm.

  2. Nâng cấp công nghệ xử lý hóa lý và sinh học: Áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến hơn như xử lý bằng màng lọc, công nghệ sinh học cải tiến để tăng khả năng loại bỏ kim loại nặng và các chất ô nhiễm khó phân hủy. Chủ thể thực hiện: Công ty phối hợp với các đơn vị tư vấn công nghệ, thời gian: 2-3 năm tới.

  3. Tăng cường đào tạo nhân sự vận hành: Nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật vận hành trạm xử lý nước thải nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và xử lý kịp thời các tình huống phát sinh. Chủ thể thực hiện: Công ty và các cơ sở đào tạo, thời gian: hàng năm.

  4. Phát triển mô hình tái sử dụng nước thải: Mở rộng tuần hoàn nước thải đã xử lý trong quá trình sản xuất để tiết kiệm nguồn nước và giảm lượng nước thải xả ra môi trường. Chủ thể thực hiện: Công ty, thời gian: 1-2 năm.

  5. Xây dựng kế hoạch phòng ngừa và ứng phó sự cố môi trường: Thiết lập quy trình ứng phó nhanh với các sự cố ô nhiễm nước thải nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và cộng đồng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý môi trường Công ty, thời gian: trong năm nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường tại các doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn trong vận hành hệ thống xử lý nước thải, giúp nâng cao hiệu quả quản lý môi trường.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Tham khảo để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và giám sát hoạt động xử lý nước thải trong ngành khai thác khoáng sản.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường: Tài liệu tham khảo hữu ích về phương pháp nghiên cứu, phân tích chất lượng nước thải và đánh giá hiệu quả công nghệ xử lý nước thải công nghiệp.

  4. Các đơn vị tư vấn và thiết kế hệ thống xử lý nước thải: Cung cấp thông tin thực tiễn về đặc điểm nguồn nước thải và hiệu quả các công nghệ xử lý, hỗ trợ trong việc thiết kế và cải tiến hệ thống xử lý phù hợp.

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 các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác.

  2. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu BOD và COD đạt được là bao nhiêu?
    BOD5 giảm từ khoảng 45 mg/l xuống dưới 10 mg/l, tương đương hiệu suất trên 78%. COD giảm từ 120 mg/l xuống khoảng 30 mg/l, đạt hiệu suất xử lý 75%, đảm bảo đạt quy chuẩn Việt Nam.

  3. Các kim loại nặng trong nước thải được xử lý như thế nào?
    Kim loại nặng được loại bỏ chủ yếu qua quá trình kết tủa hóa học và xử lý sinh học. Nồng độ kim loại như Mn, Fe, As, Cu giảm từ 60-85% sau xử lý, đảm bảo dưới giới hạn cho phép.

  4. Nước thải sau xử lý có đạt tiêu chuẩn xả thải không?
    Nước thải sau xử lý tại điểm xả DP2 đạt các tiêu chuẩn về chất lượng nước mặt theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, với các chỉ tiêu pH, DO, BOD, COD, TSS và vi sinh vật đều trong giới hạn cho phép.

  5. Có những khó khăn nào trong vận hành hệ thống xử lý nước thải?
    Khó khăn gồm biến động lưu lượng nước thải theo mùa, sự phức tạp của thành phần nước thải chứa nhiều kim loại nặng và hóa chất độc hại, cũng như yêu cầu bảo trì, vận hành liên tục để duy trì hiệu quả xử lý.

Kết luận

  • Hệ thống xử lý nước thải tại mỏ Núi Pháo đạt hiệu quả cao trong việc giảm các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD, COD, TSS và kim loại nặng, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn Việt Nam.
  • Việc tuần hoàn nước thải trong quá trình khai thác và chế biến giúp tiết kiệm nguồn nước và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải trong ngành khai thác khoáng sản.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý, bao gồm nâng cấp công nghệ, đào tạo nhân sự và phát triển mô hình tái sử dụng nước thải.
  • Các bước tiếp theo cần tập trung vào giám sát liên tục, bảo trì hệ thống và xây dựng kế hoạch ứng phó sự cố môi trường nhằm đảm bảo phát triển bền vững ngành khai thác khoáng sản.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước và môi trường tại các khu khai thác khoáng sản là trách nhiệm của toàn xã hội!