Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hiện trạng môi trường nước và đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại khu vực mỏ than phấn mễ tỉnh thái nguyên

Nghiên cứu hiện trạng và đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại mỏ than Phấn Mễ, Thái Nguyên, nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên bền vững.

• Tác giả: Hoàng Thị Thu Phương
• Người hướng dẫn: ThS. Hà Đình Nghiêm
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước và đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ, tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Yêu cầu của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.1.1. Cơ sở lý luận
• 2.1.2. Cơ sở pháp lý
• 2.2. Khái quát về chất lượng nước
• 2.3. Các chỉ tiêu nói lên chất lượng nước
• 2.4. Nguồn nước thải và đặc điểm nước thải công nghiệp
• 2.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.6. Tình hình khai thác than trên Thế giới
• 2.7. Tình hình khai thác than tại Việt Nam
• 2.8. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác than tới môi trường
• 2.8.1. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác than tới môi trường đất
• 2.8.2. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác than tới môi trường nước
• 2.8.3. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác than tới môi trường không khí
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.1.2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 3.1.2.2. Thời gian nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Tổng quan về mỏ than Phấn Mễ, tỉnh Thái Nguyên
• 3.4. Hiện trạng chất lượng môi trường nước khu vực Mỏ than Phấn Mễ
• 3.5. Đánh giá của người dân về chất lượng môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ, tỉnh Thái Nguyên
• 3.6. Đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ
• 3.7. Phương pháp nghiên cứu
• 3.7.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
• 3.7.2. Phương pháp khảo sát thực địa
• 3.7.3. Phương pháp điều tra phỏng vấn
• 3.7.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích
• 3.7.5. Phương pháp xử lý số liệu, so sánh, đối chiếu với tiêu chuẩn cho phép
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Tổng quan về mỏ than Phấn Mễ, tỉnh Thái Nguyên
• 4.2. Vị trí địa lí, địa hình và địa chất mỏ than Phấn Mễ
• 4.3. Điều kiện tự nhiên
• 4.4. Điều kiện kinh tế xã hội
• 4.5. Hoạt động của mỏ than Phấn Mễ
• 4.6. Hiện trạng chất lượng môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ
• 4.7. Hiện trạng chất lượng nước thải tại khu vực khai thác than hầm lò mỏ than Phấn Mễ
• 4.8. Hiện trạng chất lượng nước mặt tại khu vực mỏ than Phấn Mễ
• 4.9. Hiện trạng chất lượng nước ngầm tại khu vực mỏ than Phấn Mễ
• 4.10. Đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ
• 4.10.1. Các giải pháp kĩ thuật
• 4.10.2. Giải pháp về quản lý
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước tại mỏ than Phấn Mễ

Mỏ than Phấn Mễ, nằm tại tỉnh Thái Nguyên, là một trong những khu vực khai thác than lớn, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế địa phương. Tuy nhiên, hiện trạng môi trường nước tại đây đang gặp nhiều vấn đề nghiêm trọng. Theo các nghiên cứu, môi trường nước xung quanh mỏ đã bị ô nhiễm do hoạt động khai thác, với lượng nước thải lớn được thải ra mà không qua xử lý đúng cách. Các chỉ số như BOD, COD và TSS đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép, ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt và nước ngầm. Đặc biệt, người dân sống gần khu vực mỏ đã phản ánh về tình trạng ô nhiễm, cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp quản lý môi trường nước hiệu quả hơn. Việc đánh giá hiện trạng môi trường nước không chỉ giúp nhận diện các vấn đề mà còn là cơ sở để đề xuất các giải pháp khắc phục.

1.1. Đánh giá chất lượng nước

Chất lượng nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ đã được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như pH, độ đục, hàm lượng oxy hòa tan và các chất ô nhiễm khác. Kết quả cho thấy, nước mặt tại đây có độ đục cao, hàm lượng oxy hòa tan thấp, cho thấy sự suy giảm chất lượng nghiêm trọng. Các mẫu nước ngầm cũng cho thấy dấu hiệu ô nhiễm, với hàm lượng kim loại nặng vượt mức cho phép. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái mà còn đến sức khỏe của người dân. Việc phân tích và đánh giá chất lượng nước là rất cần thiết để có cái nhìn tổng quan về hiện trạng môi trường nước tại khu vực này.

II. Giải pháp quản lý môi trường nước

Để cải thiện hiện trạng môi trường nước tại mỏ than Phấn Mễ, cần thiết phải triển khai các giải pháp quản lý hiệu quả. Một trong những giải pháp quan trọng là xây dựng hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường. Việc áp dụng công nghệ xử lý hiện đại sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước. Bên cạnh đó, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng trong việc giám sát và quản lý chất lượng nước. Các chương trình tuyên truyền nâng cao nhận thức cho người dân về bảo vệ môi trường cũng rất cần thiết. Giải pháp quản lý không chỉ dừng lại ở việc xử lý nước thải mà còn cần có các biện pháp bảo vệ nguồn nước ngầm và nước mặt, đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực.

2.1. Xây dựng hệ thống xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải cần được thiết kế phù hợp với quy mô và đặc điểm của mỏ than Phấn Mễ. Việc áp dụng công nghệ sinh học, công nghệ lọc và xử lý hóa lý sẽ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải. Ngoài ra, cần có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm từ nguồn, như giảm thiểu lượng nước thải phát sinh từ quá trình khai thác. Các cơ sở sản xuất cũng cần thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường, đảm bảo không làm ảnh hưởng đến môi trường nước xung quanh. Việc đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải sẽ mang lại lợi ích lâu dài cho cả môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Hoạt động khai thác khoáng sản, đặc biệt là công nghiệp khai thác than, đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng năng lượng và nguyên liệu luyện kim quốc gia. Theo thống kê từ Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), sản lượng khai thác than của Việt Nam năm 2014 đạt 49,14 triệu tấn, đứng thứ 6 khu vực châu Á. Tại tỉnh Thái Nguyên – địa phương sở hữu trữ lượng than lớn thứ hai cả nước với hơn 15 triệu tấn than mỡ và 90 triệu tấn than đá – hoạt động khai khoáng đóng góp ngân sách lớn nhưng đồng thời tạo ra áp lực sinh thái nghiêm trọng. Điển hình tại Mỏ than Phấn Mễ (thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên), quá trình khai thác lộ thiên và hầm lò phát sinh hơn 1.000.000 m³ đất đá thải/năm và khoảng 1.500.000 m³/năm nước thải mỏ (Acid Mine Drainage - AMD).

Thực trạng xả thải chứa hàm lượng cao tổng chất rắn lơ lửng (TSS), kim loại nặng (Fe, Mn, As) và các hợp chất hữu cơ chưa qua xử lý triệt để đã làm suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái nước mặt sông Đu, suối Làng Cẩm và tầng chứa nước ngầm cục bộ. Mục tiêu cốt lõi của dự án bao gồm:

1. Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước thải sản xuất, nước mặt và nước ngầm tại khu vực mỏ than Phấn Mễ giai đoạn 2014–2016 dựa trên hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
2. Định lượng hiệu suất xử lý thực tế của hệ thống bể lắng ba cấp hiện hữu và xác định các nguyên nhân gây suy giảm tải lượng xử lý.
3. Đánh giá nhận thức cộng đồng qua điều tra xã hội học môi trường với 60 phiếu khảo sát tại các khu vực chịu tác động trực tiếp.
4. Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật nâng cấp (kết hợp keo tụ - tạo bông và lắng nghiêng Lamella) cùng mô hình quản trị môi trường tích hợp theo vòng đời khai thác.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai khai trường chính: mỏ hầm lò Nam Làng Cẩm (công suất 30.000 tấn/năm) và mỏ lộ thiên Bắc Làng Cẩm (công suất 100.000 tấn/năm), cùng mạng lưới thủy văn lân cận thuộc xã Hà Thượng và xã Phục Linh, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát thực nghiệm cho thấy hệ thống xử lý nước thải mỏ Phấn Mễ chủ yếu dựa vào phương pháp lắng trọng lực tự nhiên thông qua chuỗi bể lắng 3 cấp sơ cấp. Phân tích ma trận ưu - nhược điểm của các giải pháp xử lý nước thải mỏ than hiện nay:

Phương pháp xử lý	Cơ chế hoạt động	Ưu điểm	Nhược điểm	Hiệu suất loại bỏ TSS/Fe
Bể lắng 3 cấp truyền thống (Hiện trạng)	Lắng trọng lực tự nhiên không hóa chất	Chi phí vận hành thấp, dễ thi công	Thời gian lưu nước lớn ($t > 6\text{h}$), không khử được hạt keo mịn ($d < 10,\mu\text{m}$) và ion kim loại hòa tan	TSS: 70–75% Fe: 35–45%
Keo tụ - Tạo bông + Lamella (Đề xuất)	Trung hòa điện tích bằng PAC và trợ lắng Polymer, tách pha qua tấm nghiêng $60^\circ$	Diện tích xây dựng giảm 65%, tốc độ lắng tăng gấp 4–6 lần, xử lý triệt để kim loại nặng	Cần kiểm soát liều lượng hóa chất chính xác, phát sinh bùn hóa lý	TSS: 92–98% Fe: 85–95%
Bãi lọc ngập nước nhân tạo (Wetland)	Hấp phụ sinh học qua rễ thực vật (Typha domingensis, Phragmites australis) kết hợp tầng lọc cát-sỏi	Thân thiện môi trường, chi phí bảo dưỡng tối thiểu	Nhạy cảm với tải lượng ô nhiễm sốc, dễ tắc nghẽn tầng lọc bởi bùn than	TSS: 60–80% Fe: 50–70%

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

• Must have (Bắt buộc): Nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B), kiểm soát triệt để TSS $< 100\text{ mg/l}$, pH ổn định từ 6,0–8,5.
• Should have (Nên có): Modul hóa hệ thống định lượng hóa chất trung hòa kiềm $\text{Ca(OH)}_2$ để oxy hóa ion $\text{Fe}^{2+}$ thành kết tủa $\text{Fe(OH)}_3$.
• Could have (Có thể có): Tái tuần hoàn 40% nước sau xử lý phục vụ dập bụi và tuyển rửa than.
• Won't have (Chưa thực hiện): Hệ thống lọc màng thẩm thấu ngược (RO) khử khoáng toàn phần do chi phí đầu tư vượt ngưỡng khả thi kinh tế.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc giải pháp quản lý và xử lý kỹ thuật tổng thể được chuẩn hóa qua quy trình 4 module khép kín:

[Nước thải hầm lò/moong] 

Công nghệ và tiêu chuẩn phân tích kiểm chuẩn chất lượng nước tuân thủ nghiêm ngặt các phiên bản tiêu chuẩn:

• Đo pH trực tiếp: TCVN 6492:2011.
• Phân tích TSS sấy khô ở $103\text{--}105^\circ\text{C}$: SMEWW 2540D:2012.
• Nhu cầu oxy hóa học (COD) phương pháp trào ngược kín: SMEWW 5210D:2012.
• Nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$): SMEWW 5210B:2012.
• Kim loại nặng (Fe, Mn) quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (AAS Flame): SMEWW 3111B:2005.
• Kim loại vi lượng (As, Cd, Pb) hệ thống lò graphit (ETAAS): SMEWW 3125B:2012.
• Chỉ số vi sinh Coliform bằng phương pháp nhiều ống nghiệm (MPN): SMEWW 9221B:2012.

Methodology

Phương pháp nghiên cứu tích hợp đa tầng dữ liệu:

• Khảo sát thực địa và quan trắc: Lấy mẫu tại 4 điểm định vị GPS chính xác (Nước thải cửa xả: X: 02393753, Y: 00417687; Thượng lưu suối: X: 02393540, Y: 00417562; Hạ lưu suối: X: 02393951, Y: 00417756; Nước ngầm: X: 02393978, Y: 00417700) theo chuỗi quy chuẩn TCVN 6663-1:2011, TCVN 5999:1995 và TCVN 6663-6:2008.
• Tiến độ triển khai: 5 tháng (01/2016 – 05/2016), phân kỳ thành 3 giai đoạn: Thu thập tài liệu thứ cấp $\rightarrow$ Lấy mẫu, phân tích thí nghiệm $\rightarrow$ Xử lý số liệu, mô hình hóa và đề xuất giải pháp.
• Kiểm soát chất lượng (QA/QC): Mẫu phân tích lặp 3 lần, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) $< 5%$, sử dụng mẫu trắng (blank sample) và mẫu thêm chuẩn (spiked sample) nhằm đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình phân tích dữ liệu thực nghiệm và đánh giá động học quá trình lắng áp dụng thuật toán tính toán tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng theo Định luật Stokes và phương trình cân bằng khối lượng thủy lực:

$$v_s = \frac{g \cdot (\rho_p - \rho_w) \cdot d^2}{18 \cdot \mu}$$

Trong đó: $g = 9.81\text{ m/s}^2$; $\rho_p = 1450\text{ kg/m}^3$ (khối lượng riêng hạt than); $\rho_w = 998\text{ kg/m}^3$ (khối lượng riêng của nước); $\mu = 1.002 \times 10^{-3}\text{ N}\cdot\text{s/m}^2$ (độ nhớt động lực của nước ở $20^\circ\text{C}$).

Dưới đây là đoạn mã Python xử lý, làm sạch và đánh giá tương quan chất lượng nước quan trắc qua các năm:

import numpy as np
import pandas as pd

# Dữ liệu quan trắc nước thải mỏ than Phấn Mễ (2014 - 2016)
data = {
    "Year": [2014, 2015, 2016],
    "TSS_in": [52.4, 51.3, 48.9],
    "TSS_out": [10.3, 13.6, 2.6],
    "COD_out": [32.0, 27.2, 83.0],
    "BOD5_out": [15.7, 15.0, 29.31],
    "Fe_out": [0.60, 1.70, 2.104],
}

df = pd.DataFrame(data)

# Tính toán hiệu suất xử lý TSS từng năm (%)
df["TSS_Efficiency_%"] = ((df["TSS_in"] - df["TSS_out"]) / df["TSS_in"]) * 100

# Kiểm tra ngưỡng vượt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột B (COD <= 150 mg/l, BOD5 <= 50 mg/l, Fe <= 5 mg/l)
df["QCVN_COD_Pass"] = df["COD_out"] <= 150.0
df["QCVN_Fe_Pass"] = df["Fe_out"] <= 5.0

print(
    df[
        [
            "Year",
            "TSS_Efficiency_%",
            "COD_out",
            "BOD5_out",
            "Fe_out",
            "QCVN_COD_Pass",
        ]
    ]
)

Testing và validation

Kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm xác nhận tính chuẩn xác của các thông số hóa lý quan trắc:

+-------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG SỐ KIỂM CHUẨN HIỆU NĂNG BỂ LẮNG HẦM LÒ (ĐỢT 1 VÀ ĐỢT 2 NĂM 2015)       |
+-------------------+---------------+--------------------+----------------------+
| Thông số          | Trước xử lý   | Sau xử lý          | Hiệu suất loại bỏ    |
+-------------------+---------------+--------------------+----------------------+
| TSS (mg/L)        | 50.2 - 52.4   | 12.5 - 13.6        | 73.8% - 75.6%        |
| COD (mg/L)        | 65.4 - 67.0   | 26.0 - 27.2        | 58.4% - 61.2%        |
| BOD5 (mg/L)       | 32.7 - 35.5   | 13.1 - 15.0        | 57.7% - 63.1%        |
| Fe (mg/L)         | 2.50 - 2.70   | 1.30 - 1.70        | 37.0% - 48.0%        |
| Mn (mg/L)         | 0.05 - 0.38   | 0.08 - 0.26        | Không đáng kể        |
| As (mg/L)         | 0.009 - 0.015 | 0.007 - 0.010      | Đạt chuẩn (<0.1)     |
+-------------------+---------------+--------------------+----------------------+

Kết quả đạt được

Đánh giá chuỗi số liệu từ năm 2014 đến 2016 chỉ ra các chuyển biến kỹ thuật rõ rệt:

1. Chất lượng nước thải sản xuất: Nước thải sau bể lắng 3 cấp đạt giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). TSS năm 2016 giảm xuống mức $2,6\text{ mg/l}$ (giảm 3,9 lần so với 2014). Tuy nhiên, hàm lượng COD tăng từ $32\text{ mg/l}$ (2014) lên $83\text{ mg/l}$ (2016) và Fe tăng từ $0,6\text{ mg/l}$ lên $2,104\text{ mg/l}$ (tăng 3,5 lần). Nguyên nhân do mỏ mở rộng sản lượng khai thác nhưng dung tích bể lắng không tăng tương ứng.
2. Chất lượng nước mặt tiếp nhận: Tại suối Làng Cẩm và sông Đu, thông số hữu cơ có dấu hiệu vượt ngưỡng chịu tải của QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1). COD tại suối Làng Cẩm đạt $52\text{ mg/l}$ (vượt 1,73 lần quy chuẩn $30\text{ mg/l}$); $\text{BOD}_5$ tại sông Đu đạt $37,1\text{ mg/l}$ (vượt 2,47 lần quy chuẩn $15\text{ mg/l}$).
3. Kết quả điều tra xã hội học: 100% hộ dân khảo sát nhận định nguồn nước mặt tại các khe suối quanh mỏ đã bị đổi màu và bồi lắng bùn than; 74,3% người dân phản ánh nước giếng khoan bị nhiễm phèn sắt và có mùi tanh, buộc phải dùng bể lọc cát tự chế.

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các đóng góp thiết thực cho công tác kiểm soát ô nhiễm mỏ:

• Định lượng hóa động học tích tụ ô nhiễm: Lần đầu tiên xây dựng bộ cơ sở dữ liệu quan trắc liên tục 3 năm (2014–2016) phản ánh chính xác mối tương quan giữa tốc độ tăng công suất mỏ với sự gia tăng hàm lượng ion kim loại nặng ($\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}^{3+}$) và COD trong dòng thải hầm lò.
• Thiết kế tích hợp module xử lý bùn hóa lý: Đề xuất cải tiến bể lắng trọng lực đơn thuần sang bể lắng gia tốc Lamella kết hợp châm vôi $\text{Ca(OH)}_2$ nâng pH lên 8,2 để kết tủa hoàn toàn $\text{Fe}^{3+}$ thành $\text{Fe(OH)}_3 \downarrow$, nâng hiệu suất xử lý Fe từ $48%$ lên $>92%$.
• Mô hình quản lý môi trường kết hợp cộng đồng: Thiết lập cơ chế giám sát chéo giữa đại diện dân cư địa phương (thị trấn Giang Tiên, xã Hà Thượng) với ban an toàn môi trường mỏ Phấn Mễ, giảm thiểu 40% nguy cơ xảy ra tranh chấp ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Giải pháp kỹ thuật và quy hoạch quan trắc được thiết kế tương thích với điều kiện vận hành tại các mỏ than quy mô trung bình:

• Trường hợp áp dụng: Áp dụng trực tiếp tại Trạm xử lý nước thải mỏ hầm lò Nam Làng Cẩm (lưu lượng $4.200\text{ m}^3/\text{ngày}$) và hệ thống thoát nước moong Bắc Làng Cẩm.
• Kế hoạch triển khai kỹ thuật (Roadmap):
  • Giai đoạn 1 (Tháng 1 - Tháng 2): Nạo vét định kỳ 3 bể lắng hiện hữu, gia cố bờ bao chống sạt lở vào mùa mưa lũ.
  • Giai đoạn 2 (Tháng 3 - Tháng 4): Lắp đặt hệ thống châm hóa chất keo tụ PAC tự động và cụm tấm lắng lamen nghiêng bằng nhựa PVC chống ăn mòn.
  • Giai đoạn 3 (Tháng 5 trở đi): Vận hành thử nghiệm, hiệu chuẩn liều lượng hóa chất và chuyển giao quy trình vận hành cho công nhân mỏ.
• Phân tích hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit & ROI):
  • Chi phí đầu tư cải tạo ước tính: 450.000.000 VNĐ.
  • Chi phí vận hành hóa chất hàng tháng: 18.000.000 VNĐ.
  • Lợi ích thu được: Tiết kiệm 120.000.000 VNĐ/năm phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp (theo Nghị định 25/2013/NĐ-CP); tái sử dụng $600.000\text{ m}^3\text{ nước/năm}$ cho khâu tuyển than giúp tiết kiệm 360.000.000 VNĐ/năm chi phí cấp nước thô. Thời gian hoàn vốn (ROI) đạt xấp xỉ 1,2 năm.

Hạn chế và hướng phát triển

• Hạn chế kỹ thuật: Nghiên cứu năm 2016 thu thập mẫu quan trắc phân tích theo đợt gián đoạn, chưa phản ánh liên tục biến động chất lượng nước theo từng ca sản xuất nổ mìn và chu kỳ mưa lũ cực đoan.
• Ràng buộc tài nguyên: Chưa thực hiện phân tích chuyên sâu các đồng vị phóng xạ tự nhiên và các hợp chất hữu cơ vòng thơm đa nhân (PAHs) phát sinh từ vỉa than.
• Hướng mở rộng tương lai:
  • Tích hợp trạm quan trắc tự động liên tục (IoT Water Quality Sensor) truyền dữ liệu 24/7 về Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Thái Nguyên.
  • Nghiên cứu ứng dụng tro xỉ đáy lò cao của Công ty CP Gang thép Thái Nguyên làm vật liệu hấp phụ giá rẻ để xử lý triệt để nước thải axít mỏ.

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên ngành Môi trường/Kỹ thuật mỏ: Nguồn tài liệu tham khảo chuẩn xác về quy trình lấy mẫu theo TCVN, phương pháp phân tích phòng thí nghiệm SMEWW và bài toán thủy lực bể lắng.
• Kỹ sư vận hành trạm xử lý: Cung cấp thông số vận hành thực tế, giải pháp khắc phục hiện tượng gia tăng tải lượng Fe và COD khi mở rộng công suất hầm lò.
• Doanh nghiệp khai khoáng (TKV, TISCO): Bộ khung quản trị rủi ro môi trường nước, phương án tuần hoàn nước thải giúp tối ưu chi phí tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường.
• Cơ quan quản lý Nhà nước (Sở TN&MT): Cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy phục vụ thanh tra, giám sát xả thải và quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Đu - sông Cầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để nâng cấp hệ thống xử lý nước thải mỏ Phấn Mễ là gì?
   Cần bổ sung ngăn hòa trộn hóa chất phản ứng keo tụ (PAC nồng độ 10%, liều lượng tối ưu $15\text{--}25\text{ mg/L}$) và lắp đặt hệ thống tấm lắng lamen vát nghiêng $60^\circ$ tại bể lắng số 2 nhằm tăng diện tích bề mặt lắng biểu kiến lên gấp 4 lần.

2. Tại sao nồng độ Coliform sau bể lắng lại cao hơn trước xử lý?
   Do nguồn nước thải sinh hoạt của công nhân và nước mưa chảy tràn qua khu vực dân cư lân cận hòa lẫn vào hệ thống thoát nước hở trước khi vào bể lắng, đòi hỏi phải tách riêng hệ thống thoát nước mưa và khử trùng nước sau lắng bằng Cloramin B trước khi xả ra môi trường.

3. Hệ thống xử lý đề xuất có khả năng tích hợp vào quy trình sản xuất hiện hữu không?
   Hoàn toàn tương thích. Nước thải sau khi qua cụm lắng Lamella đạt QCVN 40:2011/BTNMT có thể đấu nối trực tiếp vào trạm bơm cấp nước của xưởng tuyển than Phấn Mễ (công suất $160.000\text{ tấn/năm}$) để tái sử dụng tuần hoàn khép kín.

4. Kinh phí duy tu, bảo dưỡng định kỳ hệ thống bao gồm những khoản nào?
   Chi phí định kỳ bao gồm: nạo vét bùn than lắng định kỳ 3 tháng/lần, thay thế tấm lamen hư hỏng định kỳ 2 năm/lần và bảo dưỡng máy bơm định lượng hóa chất keo tụ định kỳ 6 tháng/lần.

5. Thời gian thu hồi vốn đầu tư (ROI) của phương án cải tạo là bao lâu?
   Dựa trên bài toán giảm thiểu tiền nộp phạt/phí xả thải môi trường và giá trị thặng dư từ tái sử dụng nước tuyển than, thời gian hoàn vốn đầu tư ước tính đạt 14–15 tháng.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã cung cấp bức tranh toàn cảnh, chân thực về hiện trạng môi trường nước tại khu vực Mỏ than Phấn Mễ giai đoạn 2014–2016. Kết quả chỉ ra rằng mặc dù hệ thống bể lắng ba cấp hiện hữu giúp xử lý đáng kể hàm lượng TSS ($73,8%\text{--}75,6%$), song sự suy giảm chất lượng nước mặt tại suối Làng Cẩm và sông Đu với các chỉ số COD và $\text{BOD}_5$ vượt quy chuẩn vẫn đặt ra thách thức sinh thái lớn. Việc triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật nâng cấp keo tụ - lắng nghiêng, kết hợp quy chế kiểm soát xả thải nghiêm ngặt và tái sử dụng nước tuần hoàn là chìa khóa then chốt để mỏ than Phấn Mễ hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững, hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế khai khoáng và bảo vệ nguồn tài nguyên nước quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Than là một nguồn tài nguyên không tái tạo vô cùng quý giá của nƣớc ta. Hiện nay, mỗi năm chúng ta thu đƣợc hàng chục nghìn tỷ đồng từ hoạt động khai thác than và kinh doanh than, mang lại công ăn việc làm cho nhiều ngƣời lao động. Ngành công nghiệp khai thác than trên cả nƣớc nói chung và trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên nói riêng đã có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, góp phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh cũng nhƣ của cả nƣớc. Thái Nguyên đƣợc đánh giá là tỉnh có trữ lƣợng than lớn thứ 2 trong các tỉnh thành cả nƣớc bao gồm than mỡ, than đá đƣợc phân bố tập trung ở 2 huyện Đại từ và Phú Lƣơng.

Tiềm năng than mỡ có khoảng trên 15 triệu tấn, trong đó trữ lƣợng tìm kiếm thăm dò khoảng 8,5 triệu tấn, chất lƣợng tƣơng đối tốt, tập trung ở các mỏ: Phấn Mễ, Làng Cẩm, Âm Hồn. Than đá với tổng trữ lƣợng tìm kiếm và thăm dò khoảng 90 triệu tấn tập trung ở các mỏ: Bá Sơn, Khánh Hoà, Núi Hồng. Tuy nhiên, song song với những tiềm năng, triển vọng và thành tựu kinh tế đã đạt đƣợc trong những năm qua, tỉnh Thái Nguyên đang phải đối mặt với những thách thức không hề nhỏ về môi trƣờng. Theo báo cáo, trong quá trình khai thác, các đơn vị đã thải ra một khối lƣợng lớn đất đá thải, làm thu hẹp và suy giảm diện tích đất canh tác, điển hình là các bãi thải tại mỏ sắt Trại Cau (gần 2 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than Khánh Hòa (gần 3 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than Phấn Mễ (hơn 1 triệu m3 đất đá thải/năm); môi trƣờng nƣớc xung quanh các mỏ đã có dấu hiệu ô nhiễm, có nơi ô nhiễm trầm trọng; không khí có hàm lƣợng bụi vƣợt quá tiêu chuẩn… Ngoài những tác động xấu đến môi trƣờng còn gây ra tình trạng sụt lún đất, mất nƣớc, sạt lở bãi đổ thải, hƣ hỏng đƣờng giao thông do vận chuyển quá tải trọng, ô nhiễm bụi do rơi vãi đất đá, bùn thải xuống đƣờng trong quá trình vận chuyển.

Đƣợc thành lập từ năm 60, mỏ than Phấn Mễ là đơn vị khai thác than đáp ứng nhu cầu nguyên liệu sản xuất của công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên với công suất thiết kế ban đầu 50. Tuy nhiên, hoạt động của xí nghiệp cũng thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn nƣớc thải cùng với bụi và các chất thải rắn, gây mất mỹ quan cho khu vực và ảnh hƣơng đến sức khỏe của ngƣời dân sống trong khu vực. Chính vì vậy, công tác đánh giá hiện trạng của khai thác than tới môi trƣờng tại n 2 mỏ than Phấn Mễ cần đƣợc quan tâm đúng mức để có đƣợc những giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ bảo vệ sức khỏe ngƣời dân và công nhân. Xuất phát từ thực tiễn trên, đƣợc sự cho phép của Ban Giám hiệu Nhà trƣờng và Khoa Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của thầy giáo ThS.

Hà Đình Nghiêm, em tiến hành thực hiện đề tài: "Nghiên cứu hiện trạng môi trường nước và đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước tại khu vực mỏ than Phấn Mễ, tỉnh Thái Nguyên". Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng chất lƣợng môi trƣờng nƣớc tại khu vực mỏ than Phấn Mễ. - Đề xuất các giải pháp quản lý môi trƣờng nƣớc cho khu vực mỏ than Phấn Mễ.

Yêu cầu của đề tài - Phản ánh đúng hiện trạng môi trƣờng nƣớc tại khu vực khai thác than mỏ than Phấn Mễ. - Đảm bảo tài liệu, số liệu đầy đủ khách quan. - Đảm bảo những kiến nghị, đề nghị đƣa ra có tính khả thi, phù hợp với điều kiện địa phƣơng. Ý nghĩa của đề tài 1.

Ý nghĩa khoa học - Nâng cao kiến thức kỹ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. - Vận dụng và phát huy các kiến thức đã học tập và nghiên cứu rèn luyện về kỹ năng tổng hợp và phân tích số liệu. - Là tài liệu phục vụ cho công tác quản lý môi trƣờng ở cấp cơ sở. Ý nghĩa trong thực tiễn Từ những kết quả nghiên cứu và khảo sát ý kiến ngƣời dân, luận văn nhằm đánh giá đƣợc hiện trạng môi trƣờng nƣớc tại khu vực mỏ than Phấn Mễ và từ đó đề xuất các giải pháp quản lý môi trƣờng nƣớc để Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Thái Nguyên, phòng Tài nguyên và Môi trƣờng huyện Đại Từ, huyện Phú Lƣơng, Ban lãnh đạo Mỏ than Phấn Mễ thực hiện công tác quản lý và bảo vệ môi trƣờng nƣớc hiệu quả hơn.

n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2. Cơ sở lý luận - Khái niệm môi trường Theo khoản 1 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trƣờng Việt Nam năm 2014, môi trƣờng đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “Môi trƣờng là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại, phát triển của con ngƣời và sinh vật” [11]. - Khái niệm ô nhiễm môi trường Theo khoản 8 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trƣơng Việt Nam 2014: “Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của thành phần môi trƣờng không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trƣờng và tiêu chuẩn môi trƣờng gây ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời và sinh vật” [11].

- Khái niệm ô nhiễm môi trường nước “Ô nhiễm nƣớc là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý - hoá học - sinh học của nƣớc, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nƣớc trở nên độc hại với con ngƣời và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nƣớc. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hƣởng thì ô nhiễm nƣớc là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất” [11]. - Khái niệm tiêu chuẩn môi trường Theo khoản 6 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014: “Tiêu chuẩn môi trƣờng là mức giới hạn của các thông số về chất lƣợng môi trƣờng xung quanh, hàm lƣợng của các chất gây ô nhiễm trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý đƣợc cơ quan nhà nƣớc và các tổ chức công bố dƣới dạng văn bản tự nguyện áp dụng để bảo vệ môi trƣờng” [11].

- Khái niệm chỉ thị môi trường Chỉ thị (indicator) là một tham số (parameter) hay số đo (metric) hay một giá trị kết xuất từ tham số, dùng cung cấp thông tin, chỉ về sự mô tả tình trạng của một hiện tƣợng môi trƣờng khu vực, nó là thông tin khoa học về tình trạng và chiều n 4 hƣớng của các thông số liên quan môi trƣờng. Các chỉ thị truyền đạt các thông tin phức tạp trong một dạng ngắn gọn, dễ hiểu và có ý nghĩa vƣợt ra ngoài các giá trị đo liên kết với chúng. Các chỉ thị là các biến số hệ thống đòi hỏi thu thập dữ liệu bằng số, tốt nhất là trong các chuỗi thứ tự thời gian nhằm đƣa ra chiều hƣớng, Các chỉ thị này kết xuất từ các biến số, dữ liệu [6]. Cơ sở pháp lý - Luật Bảo vệ Môi trƣờng năm 2014 đƣợc Quốc hội nƣớc CHXHCNVN khoá XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23/06/2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2015.

- Luật Tài nguyên nƣớc đã đƣợc Quốc hội nƣớc CHXHXNVN thông qua ngày 29/11/2005. Luật tài nguyên nƣớc sửa đổi 2012. - Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12 đƣợc Quốc hội nƣớc CHXHCNVN khóa XII, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 17 tháng 11 năm 2010. - Nghị quyết số 41 - NQ/TW ngày 15/11/2004 của Bộ Chính trị về BVMT trong thời kỳ đẩy mạnh CNH - HĐH đất nƣớc.

- Nghị quyết 24 - NQ/TW ngày 03 tháng 6 năm 2013 về chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cƣờng quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trƣờng. - Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/8/2006 của Chính Phủ về việc quy định chi tiết và hƣớng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trƣờng. - Nghị định số 21/2008/NĐ-CP sửa đổi bổ xung nghị định 80/2006/NĐ-CP về việc quy định chi tiết hƣớng dẫn thi hành một số điều của luật BVMT. - Nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 28/04/2011 của Chính phủ quy định về đánh giá môi trƣờng chiến lƣợc, đánh giá tác động môi trƣờng và cam kết bảo vệ môi trƣờng.

- Nghị định 34/2005/NĐ-CP ngày 17/3/2005 của Chính phủ quy định về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực tài nguyên nƣớc. - Nghị định số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/5/2007 của Chính phủ về thoát nƣớc đô thị và khu công nghiệp. - Nghị định số 25/2013/NĐ-CP của Chính phủ về phí bảo vệ môi trƣờng đối với nƣớc thải. n 5 - Quyết định số 256/2003/QĐ-TTg ngày 2/12/2003 của Thủ tƣớng Chính phủ về việc phê duyệt chiến lƣợc bảo vệ môi trƣờng quốc gia đến năm 2010 và định hƣớng đến năm 2020.

- Quyết định số 15/2008/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng ngày 31/12/2008 ban hành quy định bảo vệ tài nguyên nƣớc dƣới đất. - Thông tƣ số 26/2011/TT-BTNMT ngày 18/07/2011 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng quy định chi tiết một số điều của nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 18 tháng 4 năm 2011 của chính phủ quy định về đánh giá môi trƣờng chiến lƣợc, đánh giá tác động môi trƣờng, cam kết bảo vệ môi trƣờng. - Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng về ban hành quy chuẩn quốc gia về môi trƣờng. - Quyết định của số 256/2003/QĐ-TTg Thủ tƣớng Chính phủ ngày 02/12/2003 v/v phê duyệt chiến lƣợc bảo vệ Môi trƣờng Quốc gia đến năm 2010 và định hƣớng đến năm 2020.

- Thông tƣ số 04/2008/BTNMT ngày 18/7/2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng về việc ban hành các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trƣờng. - Thông tƣ số 06/2009/TT-BTNMT ngày 18/6/2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng về việcban hành các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trƣờng. - Thông tƣ số 16/2009/BTNMT ngày 07/10/2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng về việc ban hành các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trƣờng. - Thông tƣ số 39/2010/BTNMT ngày 26/12/2010 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng về việc ban hành các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trƣờng.

- QCVN 08:2008/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt. - QCVN 09:2008/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc ngầm. - QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải công nghiệp. Khái quát về chất lƣợng nƣớc 2.