Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than là ngành công nghiệp nền tảng thúc đẩy tăng trưởng năng lượng và luyện kim, song hoạt động này gây ra những áp lực môi trường vô cùng nặng nề. Tỉnh Thái Nguyên là địa phương có tiềm năng khoáng sản lớn với 156 mỏ và điểm quặng, trong đó trữ lượng than ước tính đạt gần 100 triệu tấn, đứng thứ hai toàn quốc. Mỏ than Khánh Hòa nằm trên địa bàn thành phố Thái Nguyên, huyện Đại Từ và huyện Phú Lương, sở hữu tổng trữ lượng và tài nguyên than được đánh giá lên tới 59,3 triệu tấn trên diện tích khai trường 3,28 km2.

Vấn đề cốt lõi của khu vực nghiên cứu bắt nguồn từ phương pháp khai thác lộ thiên xuống sâu (đáy moong hiện tại đã hạ xuống mức âm 87 m đến âm 120 m) và công nghệ đổ thải với các núi đất đá cao hàng chục mét. Hoạt động này tạo ra lưu lượng nước thải mỏ lên tới 1.000.000 m3 mỗi năm, tải lượng bụi lơ lửng tại khu vực sản xuất thường xuyên vượt quy chuẩn kỹ thuật cho phép từ 2 đến gần 3 lần, đe dọa trực tiếp đến đời sống của gần 100 hộ dân sinh sống giáp ranh trong bán kính 50 m đến 500 m.

Mục tiêu của luận văn là đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường không khí, nước, đất; phân tích hiệu quả công tác quản lý bảo vệ môi trường tại mỏ than Khánh Hòa; đồng thời dự báo các tác động sinh thái khi mỏ nâng công suất khai thác lên 400.000 tấn than nguyên khai một năm trong giai đoạn mở rộng đến năm 2029. Trên cơ sở đó, nghiên cứu xây dựng hệ thống giải pháp công nghệ xử lý chất thải và hoàn thiện cơ chế quản lý môi trường mỏ. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp bộ chỉ số giúp giảm 30% đến 50% tải lượng ô nhiễm phát tán, hỗ trợ doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí vận hành và nâng cao tỷ lệ tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường đạt trên 85%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng cấu trúc luận giải dựa trên hai mô hình khoa học môi trường hiện đại. Thứ nhất là mô hình DPSIR (Động lực - Áp lực - Hiện trạng - Tác động - Đáp ứng) do Cơ quan Môi trường Châu Âu (EEA) phát triển và được Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định áp dụng trong đánh giá hiện trạng môi trường quốc gia. Mô hình này cho phép phân tích chuỗi nhân quả tương hỗ giữa nhu cầu tăng trưởng năng lượng với tải lượng chất thải phát sinh và các giải pháp can thiệp. Thứ hai là lý thuyết ma trận đánh giá công tác quản lý môi trường đa tiêu chí theo phương pháp trọng số chuyên gia của Owen và Roger, giúp định lượng hóa mức độ tuân thủ quy định môi trường tại doanh nghiệp.

Khung lý thuyết của đề tài xoay quanh 4 khái niệm chuyên ngành nền tảng:

  • Khai thác than lộ thiên: Phương pháp bóc tách lớp đất đá phủ bề mặt để thu hồi khoáng sản, tạo thành các hố moong sâu và bãi thải cao tầng.
  • Tải lượng ô nhiễm: Tổng khối lượng chất ô nhiễm (bụi, khí độc, chất rắn lơ lửng) phát thải vào môi trường tiếp nhận trong một đơn vị thời gian.
  • Sức chịu tải của thủy vực: Khả năng tự làm sạch và dung nạp nước thải của hệ thống sông suối tiếp nhận mà không làm thay đổi mục đích sử dụng nước.
  • Đánh giá nhanh môi trường (Rapid Assessment): Phương pháp ước tính tải lượng phát thải dựa trên hệ số tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp đa tầng, kết hợp giữa chuỗi quan trắc môi trường định kỳ của mỏ than Khánh Hòa từ năm 2009 đến năm 2011 và các đợt khảo sát thực nghiệm chuyên sâu. Cỡ mẫu nghiên cứu thực địa bao gồm 11 điểm quan trắc không khí (ký hiệu từ KK1 đến KK11), 6 điểm quan trắc nước mặt trên các hệ thống suối Huyền, suối Làng Ngò, suối Tân Long và hồ 19-5, cùng 5 vị trí quan trắc nước ngầm, nước thải moong và chất lượng đất tầng mặt. Đồng thời, phiếu điều tra kinh tế - xã hội và sức khỏe cộng đồng được khảo sát trên quy mô toàn diện tại 3 xã chịu ảnh hưởng gồm Phúc Hà, An Khánh và Sơn Cẩm.

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc định vị không gian trên hệ tọa độ VN-2000, lấy mẫu theo phương pháp phân tầng ngẫu nhiên có trọng điểm tại các khu vực xung yếu: gương tầng khai thác, xưởng sàng 2.736 m2, bãi thải Tây 15 ha và bãi thải Nam 130 ha. Lý do lựa chọn phương pháp này nhằm phản ánh trung thực mức độ phát tán ô nhiễm theo chuỗi dây chuyền công nghệ từ khoan nổ mìn, bốc xúc, vận chuyển cho đến chế biến sàng tuyển.

Các mẫu vật lý và hóa học được phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 05:2009/BTNMT về không khí, QCVN 08:2008/BTNMT về nước mặt, QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp). Đề tài cũng tham vấn ý kiến đánh giá trọng số từ 10 chuyên gia môi trường đầu ngành và áp dụng công thức tính điểm quản lý môi trường toàn diện. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu được triển khai thực hiện từ năm 2009 đến năm 2012, với dự báo tác động dài hạn đến năm 2029.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, môi trường không khí tại khu vực khai trường và phân xưởng sàng tuyển bị ô nhiễm bụi lơ lửng và tiếng ồn ở mức cao. Số liệu phân tích qua 3 năm (2009 - 2011) cho thấy hàm lượng bụi tại vị trí xưởng sàng (KK6) và trạm pha trộn than (KK7) dao động từ 8,75 mg/m3 đến 10,5 mg/m3, vượt ngưỡng giới hạn cho phép theo Quyết định 3733/2002/QĐ-BYT (4,0 mg/m3) từ 2,18 lần đến 2,62 lần. Mức độ ồn tại các khu vực vận hành máy khoan Titon-500 và xe tải trọng tải 55 tấn Komatsu/CAT đạt từ 86 dBA đến 90 dBA, vượt tiêu chuẩn vệ sinh lao động cho phép là 85 dBA.

Thứ hai, nguồn nước mặt và nước thải moong đối mặt với nguy cơ ô nhiễm chất rắn lơ lửng (TSS) và chất hữu cơ. Với lưu lượng nước xả đáy moong khai thác trung bình 1.000.000 m3 mỗi năm, hàm lượng TSS trong nước thải chưa xử lý triệt để vượt quy chuẩn từ 1,7 đến 2,4 lần, cá biệt có thời điểm mùa mưa vượt tới 8,09 lần. Tại các phụ lưu tiếp nhận như sông Đu và suối Tân Long, hàm lượng COD và BOD5 vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột A2 từ 1,3 đến 3,0 lần, làm suy giảm chất lượng nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp của địa phương.

Thứ ba, sự tích tụ đất đá thải khổng lồ tạo ra rủi ro trượt lở và suy thoái thổ nhưỡng. Tổng khối lượng đất đá bóc tích lũy từ năm 1986 đến năm 2011 đạt hơn 43 triệu m3, tập trung tại bãi thải Nam (130 ha, cao trình kết thúc dự kiến đạt cos +200 m) và bãi thải Tây (15 ha, cao trình cos +120 m). Địa hình dốc sườn tầng thải lên tới 37 độ kết hợp lượng mưa lớn tập trung vào mùa mưa (tháng 7 đến tháng 9 trên 1.000 mm) đã làm bồi lấp phù sa hạt thô vào diện tích canh tác lúa của hơn 500 hộ dân xã An Khánh và xã Phúc Hà, làm giảm năng suất cây trồng địa phương khoảng 15% đến 20%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của các phát hiện trên xuất phát từ sự già cỗi của một số dây chuyền thiết bị vận tải và công nghệ xử lý nước thải moong chủ yếu dựa vào các hồ lắng tự nhiên dung tích hữu hạn (khoảng 5.068 m2) chưa đủ thời gian lưu nước trong mùa lũ. Thêm vào đó, việc mở rộng diện tích moong xuống mức âm 125 m ở khu C và âm 87 m ở khu D đã làm thay đổi cân bằng thủy văn dưới đất, gây hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm tầng Đệ tứ cục bộ trong bán kính 1 km.

Khi so sánh với các nghiên cứu tại vùng than Quảng Ninh (như mỏ Cọc Sáu, Đèo Nai), mức độ ô nhiễm bụi và sự suy thoái độ che phủ thực vật tại mỏ than Khánh Hòa có tính chất tương đồng. Tỷ lệ suy giảm diện tích đất rừng tự nhiên do khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên cũng đi liền với sự sụt giảm nguồn sinh thủy, làm biến đổi cảnh quan tự nhiên theo hướng tiêu cực.

Các chuỗi dữ liệu thực nghiệm trong luận văn có thể được trình bày trực quan và khoa học thông qua biểu đồ cột đa trục thể hiện diễn biến nồng độ bụi và tiếng ồn qua các đợt quan trắc từ năm 2009 đến 2011 so với giới hạn tiêu chuẩn. Đồng thời, biểu đồ đường thể hiện tương quan giữa lưu lượng mưa chảy tràn với tải lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và nồng độ COD theo mùa, kết hợp bảng ma trận phân loại tải lượng chất thải giúp làm nổi bật các điểm nóng cần ưu tiên can thiệp kỹ thuật ngay lập tức.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý và giảm thiểu tác động môi trường tại mỏ than Khánh Hòa giai đoạn 2013 - 2029, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

  1. Xây dựng và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải moong tập trung: Thiết kế trạm xử lý nước thải công suất 3.000 m3/ngày đêm áp dụng công nghệ keo tụ, tạo bông kết hợp bể lắng lắng nhanh và trung hòa độ pH. Mục tiêu cắt giảm 85% hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và 70% hàm lượng kim loại nặng hòa tan, đảm bảo 100% nước thải sau xử lý đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra suối Tân Long. Thời gian hoàn thành trong giai đoạn 2013 - 2015, do Ban Quản lý Dự án Công ty TNHH MTV Than Khánh Hòa chủ trì thực hiện.
  2. Kiểm soát và dập tắt bụi phát tán tại nguồn: Lắp đặt hệ thống giàn phun sương dập bụi tự động công suất cao bao quanh toàn bộ khu vực xưởng sàng tuyển 2.736 m2 và các bunke chứa than. Bố trí 4 xe bồn tưới nước chuyên dụng duy trì tưới ẩm định kỳ 4 đến 6 lần mỗi ngày trên 1,5 km tuyến đường vận tải nội bộ. Mục tiêu giảm nồng độ bụi lơ lửng tại khu vực làm việc xuống dưới 4,0 mg/m3 trong giai đoạn 2013 - 2014, do Phân xưởng Vận tải và Sàng tuyển đảm trách.
  3. Kỹ thuật hóa công tác đổ thải và phục hồi sinh thái bãi thải: Thực hiện phân cắt tầng thải nghiêm ngặt với chiều cao mỗi tầng từ 15 m đến 30 m, duy trì góc dốc bờ bãi thải tổng thể không vượt quá 32 độ, đồng thời xây dựng hệ thống đê quai chắn chân bãi thải cao 5 m bằng đá hộc. Triển khai trồng phủ xanh 50 ha cây keo tai tượng và cỏ Vetiver trên các sườn tầng ngừng đổ thải nhằm cố định đất, chống xói mòn và hoàn thổ cảnh quan. Lộ trình thực hiện từ năm 2014 đến năm 2020 do Phân xưởng Khai thác phối hợp với chính quyền địa phương triển khai.
  4. Hoàn thiện hệ thống quản trị môi trường doanh nghiệp theo chuẩn ISO 14001: Thành lập phòng chuyên trách quản lý an toàn - môi trường mỏ, thực hiện quan trắc tự động liên tục đối với nguồn khí thải và nước thải với tần suất tối thiểu 4 đợt mỗi năm. Tăng cường phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên trong việc công khai số liệu giám sát môi trường định kỳ cho cộng đồng dân cư các xã Phúc Hà, An Khánh và Sơn Cẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý và kỹ sư vận hành tại các mỏ khai thác khoáng sản: Tài liệu cung cấp giải pháp thực tế về tính toán tải lượng phát thải, thiết kế hệ thống rãnh thoát nước mặt chống sạt lở bờ moong và sơ đồ công nghệ xử lý nước thải moong than lộ thiên.
  2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Các sở ban ngành tại Thái Nguyên và các tỉnh vùng Đông Bắc có thể sử dụng kết quả nghiên cứu làm căn cứ khoa học để thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường, xác định hạn mức xả thải và kiểm tra việc tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường đối với ngành khai thác mỏ.
  3. Học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Mỏ: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận áp dụng mô hình DPSIR kết hợp ma trận trọng số đánh giá đa tiêu chí trong nghiên cứu môi trường công nghiệp khai khoáng.
  4. Chính quyền địa phương và các tổ chức cộng đồng vùng mỏ: Giúp lãnh đạo các xã lân cận nắm bắt chính xác mức độ tác động môi trường từ hoạt động của mỏ than để phối hợp giám sát, xây dựng phương án đền bù thiệt hại nông nghiệp và đảm bảo quyền lợi sức khỏe cho nhân dân.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động nào phát sinh lượng bụi lớn nhất tại mỏ than Khánh Hòa? Quá trình sàng tuyển than tại xưởng sàng diện tích 2.736 m2 và hoạt động bốc xúc, vận chuyển đất đá bằng đoàn xe tải trọng tải 55 tấn trên các tuyến đường đất là nguồn phát thải bụi lớn nhất. Số liệu quan trắc tại vị trí xưởng sàng (KK6) và trạm pha trộn than (KK7) ghi nhận nồng độ bụi lơ lửng đạt từ 8,75 mg/m3 đến 10,5 mg/m3, vượt quy chuẩn cho phép từ 2,18 đến 2,62 lần.

Nước thải mỏ than Khánh Hòa ảnh hưởng thế nào đến nguồn tiếp nhận? Lưu lượng nước thải moong phát sinh khoảng 1.000.000 m3 mỗi năm chứa hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt tiêu chuẩn từ 1,7 đến 2,4 lần. Khi xả trực tiếp vào suối Tân Long và sông Đu mà chưa qua xử lý triệt để, nước thải gây bồi lắng lòng suối, làm tăng chỉ số COD và BOD5 vượt quy chuẩn từ 1,3 đến 3 lần, làm giảm độ màu mỡ của đất canh tác lúa lân cận.

Mô hình DPSIR được ứng dụng như thế nào trong luận văn? Mô hình DPSIR liên kết động lực gia tăng sản lượng than 28,94% của tỉnh Thái Nguyên với áp lực phát sinh hơn 5,5 triệu m3 đất đá bóc mỗi năm. Từ đó, mô hình phân tích hiện trạng suy giảm chất lượng không khí, nước, đất và dự báo tác động suy thoái sinh thái, làm cơ sở xây dựng hệ thống giải pháp đáp ứng về kỹ thuật công nghệ và quản lý mỏ đến năm 2029.

Bãi thải mỏ than Khánh Hòa có những rủi ro an toàn môi trường gì? Bãi thải Nam có diện tích 130 ha với cao trình kết thúc đạt cos +200 m và bãi thải Tây 15 ha cos +120 m nằm cách khu dân cư chỉ 50 m. Với khối lượng đổ thải hơn 43 triệu m3, góc dốc sườn tầng 37 độ tiềm ẩn nguy cơ sạt lở đất đá nghiêm trọng khi gặp mưa lũ lớn, gây vùi lấp ruộng đồng và đe dọa các công trình dân sinh xung quanh.

Hiệu quả mong đợi của hệ thống xử lý nước thải được đề xuất là gì? Hệ thống xử lý nước thải đề xuất công suất 3.000 m3/ngày đêm áp dụng chuỗi bể lắng cơ học kết hợp keo tụ tạo bông và trung hòa pH. Giải pháp này giúp cắt giảm trên 85% lượng cặn lơ lửng, loại bỏ triệt để váng dầu mỡ và kim loại nặng, đưa toàn bộ lượng nước thải đạt chuẩn xả thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra môi trường tự nhiên.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng môi trường mỏ than Khánh Hòa, chỉ ra ô nhiễm bụi lơ lửng (vượt quy chuẩn đến 2,62 lần) và hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải (vượt quy chuẩn 1,7 đến 2,4 lần) là hai thách thức môi trường cấp bách nhất.
  • Ứng dụng thành công mô hình DPSIR và phương pháp ma trận đánh giá theo trọng số chuyên gia để lượng hóa chính xác mức độ tuân thủ quy định môi trường của doanh nghiệp khai khoáng.
  • Dự báo chi tiết các tác động suy thoái sinh thái và rủi ro trượt lở bãi thải khi mỏ nâng công suất khai thác lên 400.000 tấn than nguyên khai một năm với tuổi thọ mở rộng đến năm 2029.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật khả thi gồm trạm xử lý nước thải 3.000 m3/ngày đêm, hệ thống phun sương dập bụi xưởng sàng và quy hoạch bãi thải an toàn kết hợp phủ xanh 50 ha thảm thực vật.
  • Hoàn thiện mô hình quản trị môi trường doanh nghiệp theo tiêu chuẩn ISO 14001 với cơ chế quan trắc tự động định kỳ 4 đợt mỗi năm gắn kết chặt chẽ với cộng đồng địa phương.

Kế hoạch hành động bảo vệ môi trường cần được Công ty TNHH MTV Than Khánh Hòa và Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam phê duyệt triển khai ngay trong giai đoạn 2013 - 2018. Các đơn vị khai thác mỏ lộ thiên và cơ quan quản lý nhà nước hãy ứng dụng ngay kết quả nghiên cứu của luận văn để giải quyết hài hòa bài toán phát triển kinh tế khoáng sản gắn liền với phát triển bền vững môi trường sinh thái.