Nghiên cứu sự biến đổi tính chất lý hóa nước suối Tân Long do nước thải mỏ than Khánh Hòa

Nghiên cứu sự biến đổi tính chất lý hóa nước suối Tân Long dưới tác động nước thải mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên. Bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Dương Văn Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Minh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất lý - hóa nước suối Tân Long dưới tác động của nước thải mỏ than Khánh Hòa – tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu
• 1.2. Vị trí địa lý, ranh giới hành chính
• 1.3. Điều kiện khí tượng, thuỷ văn khu vực mỏ than Khánh Hoà
• 1.4. Đặc điểm địa hình địa chất mỏ than Khánh Hoà
• 1.5. Hoạt động khai thác và đổ thải tại mỏ than Khánh Hòa
• 1.6. Hoạt động khai thác tại mỏ than Khánh Hòa và những vấn đề về ô nhiễm môi trường
• 1.7. Thành phần chất thải và đặc điểm các bãi thải mỏ
• 1.8. Ảnh hưởng của nước thải mỏ đến môi trường nước ở các lưu vực xung quanh
• 1.9. Nguy cơ tiềm ẩn tại các bãi đổ thải do đặc tính keo của sét trong thành phần thải
• 1.10. Cơ chế hoạt động của keo sét và vấn đề ô nhiễm môi trường nước xung quanh bãi thải mỏ
• 1.11. Cơ chế phân tán khoáng sét
• 1.12. Ảnh hưởng của một số tính chất lý - hóa đến đặc tính keo của sét
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu chất lượng nước
• 2.4. Các chỉ tiêu hóa lý cơ bản của mẫu nước được xác định theo các phương pháp liệt kê trong bảng
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu mẫu trầm tích và mẫu đất
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Một số tính chất lý - hóa của nước thải mỏ
• 3.2. Tính chất lý học của nước thải mỏ
• 3.3. Chất rắn lơ lửng
• 3.4. Tính chất hóa học đặc trưng của nước thải mỏ
• 3.5. Một số tính chất lý - hóa nước suối Tân Long dưới tác động của nước thải mỏ than Khánh Hòa
• 3.6. Các kim loại nặng trong nước mặt suối Tân Long
• 3.7. Đặc điểm trầm tích suối và mối quan hệ đến độ đục nước suối
• 3.8. Một số đặc tính của trầm tích suối Tân Long
• 3.9. Ảnh hưởng của các yếu tố pH, cation và anion lên đặc tính keo của khoáng sét trong trầm tích suối Tân Long
• 3.9.1. Ảnh hưởng của các cation
• 3.9.2. Ảnh hưởng của anion sunphat (SO4 2-) đến khả năng phân tán khoáng sét trong mẫu trầm tích và độ đục của nước suối
• 3.9.3. Ảnh hưởng của pH
• 3.10. Đặc tính keo của thành phần sét trong các bãi thải mỏ và nguy cơ tiềm ẩn đối với chất lượng nước suối Tân Long
• 3.11. Thành phần cấp hạt sét trong mẫu đất thải mỏ
• 3.12. Thành phần khoáng sét trong đất nghiên cứu
• 3.13. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên đặc tính keo của khoáng sét
• 3.13.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.13.2. Ảnh hưởng của các cation lên đặc tính keo của khoáng sét
• 3.13.3. Ảnh hưởng của các anion đến sự tụ keo của khoáng sét
• 3.14. Tác động của keo sét đến lưu vực suối Tân Long
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác động của nước thải mỏ than đến nước suối Tân Long

Nước thải từ các hoạt động khai thác than có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến chất lượng nước suối Tân Long. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng và sự biến đổi của các tính chất lý hóa của nước suối dưới tác động của nước thải mỏ than Khánh Hòa.

1.1. Giới thiệu về nước thải mỏ than và nguồn gốc ô nhiễm

Nước thải mỏ than thường chứa nhiều chất ô nhiễm như kim loại nặng, chất rắn lơ lửng và các ion độc hại. Những chất này có thể xâm nhập vào nguồn nước suối, làm suy giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

1.2. Tính chất lý hóa của nước suối Tân Long

Nước suối Tân Long có các tính chất lý hóa đặc trưng như pH, độ đục, và nồng độ các ion. Những yếu tố này sẽ được phân tích để đánh giá mức độ ô nhiễm do nước thải mỏ than.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường nước do nước thải mỏ than

Ô nhiễm môi trường nước do nước thải mỏ than là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Nghiên cứu sẽ chỉ ra các thách thức và nguy cơ tiềm ẩn từ nước thải mỏ than.

2.1. Nguy cơ ô nhiễm từ nước thải mỏ than

Nước thải mỏ than chứa nhiều chất độc hại như kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ, có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước suối Tân Long.

2.2. Tác động đến sức khỏe cộng đồng

Ô nhiễm nước có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho người dân sống xung quanh khu vực mỏ than, bao gồm các bệnh về da, hô hấp và tiêu hóa.

III. Phương pháp nghiên cứu tác động của nước thải mỏ than

Nghiên cứu sẽ áp dụng các phương pháp khoa học để đánh giá tác động của nước thải mỏ than đến chất lượng nước suối Tân Long. Các phương pháp này bao gồm phân tích mẫu nước và trầm tích.

3.1. Phương pháp thu thập mẫu nước

Mẫu nước sẽ được thu thập từ nhiều điểm khác nhau trên suối Tân Long để đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ khu vực nghiên cứu.

3.2. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của nước

Các chỉ tiêu hóa lý như pH, độ đục, và nồng độ kim loại nặng sẽ được phân tích để đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm.

IV. Kết quả nghiên cứu về chất lượng nước suối Tân Long

Kết quả nghiên cứu sẽ chỉ ra sự biến đổi của các tính chất lý hóa của nước suối Tân Long dưới tác động của nước thải mỏ than. Những phát hiện này sẽ giúp hiểu rõ hơn về mức độ ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng.

4.1. Biến đổi pH và độ đục của nước

Kết quả cho thấy pH của nước suối Tân Long có sự biến đổi rõ rệt, đặc biệt là trong mùa mưa, khi nước thải từ mỏ than xả ra nhiều hơn.

4.2. Nồng độ kim loại nặng trong nước

Nồng độ các kim loại nặng như As, Pb, và Zn trong nước suối Tân Long đã vượt quá giới hạn cho phép, cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng từ nước thải mỏ than.

V. Giải pháp giảm thiểu tác động của nước thải mỏ than

Để giảm thiểu tác động của nước thải mỏ than đến chất lượng nước suối Tân Long, cần có các giải pháp hiệu quả và bền vững. Nghiên cứu sẽ đề xuất các biện pháp cụ thể.

5.1. Cải thiện công nghệ xử lý nước thải

Cần áp dụng các công nghệ tiên tiến trong xử lý nước thải mỏ than để giảm thiểu ô nhiễm trước khi xả ra môi trường.

5.2. Tăng cường quản lý và giám sát môi trường

Cần có các biện pháp quản lý chặt chẽ hơn đối với hoạt động khai thác than và giám sát chất lượng nước thường xuyên để phát hiện sớm các vấn đề ô nhiễm.

VI. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu đã chỉ ra những tác động nghiêm trọng của nước thải mỏ than đến chất lượng nước suối Tân Long. Cần tiếp tục nghiên cứu để tìm ra các giải pháp hiệu quả hơn trong việc bảo vệ môi trường nước.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy nước thải mỏ than đã gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho nước suối Tân Long, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần nghiên cứu sâu hơn về các biện pháp phục hồi môi trường và tác động lâu dài của ô nhiễm nước đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than là ngành công nghiệp mũi nhọn nhưng tạo ra áp lực sinh thái nghiêm trọng khi trung bình khai thác 1 tấn than nguyên khai cần bóc xúc từ 8 đến 10 m³ đất đá phủ và thải ra môi trường từ 1 đến 3 m³ nước thải. Tại mỏ than Khánh Hòa thuộc tỉnh Thái Nguyên, sản lượng khai thác đạt trên 700.000 tấn/năm (năm 2011 bóc xúc 7.000.000 m³ đất đá và khai thác 705.000 tấn than nguyên khai), phát sinh lưu lượng nước thải tháo khô moong khai trường vượt 3.000 m³/ngày đêm. Hoạt động bốc xúc lộ thiên quy mô lớn đã tạo nên hai bãi thải khổng lồ là bãi thải Nam (cao tới gần +190m, vượt mức thiết kế quy định +150m) và bãi thải Tây (+80m), đe dọa trực tiếp đời sống của 288 hộ dân sinh sống trong phạm vi 200m tính từ chân bãi thải.

Vấn đề môi trường nổi cộm là lượng nước thải mỏ chưa qua xử lý triệt để kết hợp với nước mưa chảy tràn xói mòn bãi thải đã cuốn theo bùn sét, các ion sunphat hòa tan và chất rắn lơ lửng đổ thẳng vào lưu vực suối Tân Long. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá định lượng mức độ biến đổi các chỉ tiêu lý - hóa của nguồn nước mặt suối Tân Long, đồng thời xác định bản chất khoáng vật học và cơ chế tán keo - tụ keo của cấp hạt sét trầm tích dưới tác động của các ion và pH. Nghiên cứu được triển khai thực địa và thực nghiệm qua chuỗi số liệu quan trắc 3 năm liên tục từ 2009 đến 2011, đóng vai trò nền tảng cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác để kiểm soát bồi lắng dòng chảy, bảo vệ an toàn nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp và bảo tồn hệ sinh thái lưu vực sông Cầu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng thuyết lớp điện kép (Electric Double Layer - EDL) và mô hình tương tác keo tụ Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) để giải thích cơ chế phân tán của các hạt keo khoáng sét trong môi trường nước. Do sự thay thế đồng hình trong cấu trúc tinh thể silicat (Al³⁺ thay thế Si⁴⁺ ở lớp tứ diện, Mg²⁺ thay thế Al³⁺ ở lớp bát diện), các phiến sét luôn tích điện tích âm bề mặt vĩnh cửu. Trạng thái phân tán (sol - tán keo) hoặc kết tụ (gel - tụ keo) của hạt sét phụ thuộc vào bề dày lớp điện kép và liên kết cấu trúc màng sét "card-house" giữa bề mặt lớn mang điện âm và bề mặt rìa mang điện dương biến đổi theo pH.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng lý thuyết động học oxy hóa khoáng pyrit (FeS₂) vô cơ trong tầng đá thải than dưới tác động của oxy, nước và vi sinh vật tự dưỡng để minh chứng cho quá trình phát sinh axit sunfuric tự do (H₂SO₄) cùng các muối sunphat hòa tan. Ba khái niệm then chốt được lượng hóa gồm: Dung tích trao đổi cation (CEC), tỷ lệ cấp hạt sét (< 2 µm) và độ truyền qua quang học (T%) của huyền phù sét.

Phương pháp nghiên cứu

Đối tượng khảo sát bao gồm 4 điểm quan trắc nước mặt đại diện: điểm NM-1 (thượng lưu cách điểm xả thải 500m), các điểm NM-2, NM-3, NM-4 (lần lượt tại các khoảng cách 500m, 1500m, 2500m về phía hạ lưu suối Tân Long); 4 mẫu trầm tích lòng suối tương ứng (BĐ-1 đến BĐ-4 lấy ở tầng sâu 0,1 - 0,3m); cùng 2 mẫu đất đại diện lấy tại chân bãi thải phía Nam và phía Tây. Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo không gian dòng chảy được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác quá trình lan truyền và tự làm sạch chất ô nhiễm. Cỡ mẫu phân tích bao gồm 9 đợt quan trắc thu thập từ năm 2009 đến năm 2011.

Các thông số chất lượng nước được kiểm nghiệm theo tiêu chuẩn Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (SMEWW): pH bằng điện cực thủy tinh; TSS theo phương pháp sấy khô ở 105°C (SMEWW-2540D); BOD₅ ủ 5 ngày ở 20°C (SMEWW-5210C); COD oxy hóa bicromat (SMEWW-5220D); SO₄²⁻ bằng kết tủa bari sunfat nung 800°C và so độ đục ở bước sóng 600 nm. Hàm lượng kim loại nặng hòa tan (Cu, Pb, Zn, Cd) được định lượng chính xác bằng kỹ thuật Von-ampe hòa tan xung vi phân (DP-ASV) trên điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE) ở thế làm giàu -1000 mV trong môi trường đệm axetat pH 4,5.

Cấp hạt sét (< 2 µm) được tách ly bằng phương pháp lắng gạn trong cột thủy tinh cao 40 cm sau 22 giờ 11 phút để tạo huyền phù chuẩn 5 mg/mL. Thành phần khoáng sét được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) trên thiết bị Siemens D5005 với các mẫu bão hòa K⁺ (nung 550°C) và Mg²⁺ (xử lý ethylenglycol). Thí nghiệm keo tụ - tán keo theo phương pháp Lagaly cải biên xác định độ truyền qua (T%) sau 2 giờ phản ứng với các nồng độ cation Na⁺ (10 - 100 mmol/L), Ca²⁺ (1 - 10 mmol/L), Al³⁺ (0,1 - 1,0 mmol/L) và pH dải 1 - 10.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận và chứng minh ba phát hiện khoa học cốt lõi:

1. Nước thải mỏ than Khánh Hòa có tính axit yếu (pH dao động từ 4,8 đến 6,5) và chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) cực lớn từ 173,5 đến 587,8 mg/L, vượt quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) từ 3,0 đến 5,8 lần. Độ đục nước thải luôn ở ngưỡng cao từ 237,4 đến 632 NTU và nồng độ ion SO₄²⁻ duy trì từ 908,6 đến 1699,1 mg/L.
2. Dòng thải mỏ làm suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước mặt suối Tân Long. Tại điểm sau tiếp nhận nước thải (NM-2), hàm lượng TSS tăng đột biến lên mức 111,4 - 235,9 mg/L (vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột B1 từ 1,05 đến 4,7 lần), cao gấp 4 đến 12 lần so với thượng lưu NM-1 (chỉ từ 9,0 đến 57,8 mg/L). Nồng độ SO₄²⁻ tại NM-2 tăng vọt lên mức 803,8 - 1564,7 mg/L so với 6,26 - 169,0 mg/L tại NM-1; độ đục nước suối vào mùa mưa đạt đỉnh 573,7 NTU.
3. Cấp hạt sét mịn (< 2 µm) trong trầm tích lòng suối tăng vọt từ 29,4% tại BĐ-1 lên 55,7% tại BĐ-2. Kết quả phân tích XRD khẳng định khoáng sét chủ đạo gồm Kaolinit (phản xạ d=0,714 nm và d=0,357 nm), Illit (phản xạ d=1,0 nm) và Vermiculit (phản xạ d=1,4 nm). Thí nghiệm keo tụ cho thấy khả năng tụ keo tăng tỷ lệ thuận với hóa trị cation: Al³⁺ > Ca²⁺ > Na⁺. Với Al³⁺ nồng độ chỉ 0,1 - 1,0 mmol/L đã đưa độ truyền qua T% lên 93 - 96%, trong khi Na⁺ cần nồng độ 100 mmol/L mới đạt T% từ 64,8 đến 81,5%. Ngược lại, anion SO₄²⁻ thúc đẩy mạnh mẽ quá trình tán keo, làm tăng độ đục huyền phù.

Thảo luận kết quả

Diễn biến chất lượng nước suối Tân Long phản ánh sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố thủy văn và hóa học bề mặt keo sét. Về mùa khô, lưu lượng nước tự nhiên của suối giảm mạnh xuống chỉ còn 0,39 m³/s, khiến nước thải mỏ (trên 3.000 m³/ngày đêm) chiếm tỷ trọng chi phối trong dòng chảy, làm suy giảm nghiêm trọng khả năng tự làm sạch của nguồn nước.

Dữ liệu thực nghiệm được minh chứng thuyết phục khi biểu diễn tương quan giữa độ truyền qua (T%) và nồng độ các cation trên đồ thị đường cong quang phổ. Các cation hóa trị cao (Al³⁺, Ca²⁺) nhanh chóng nén ép lớp điện kép khuếch tán, trung hòa điện tích âm bề mặt phiến sét và thúc đẩy các hạt kết tụ lắng xuống đáy. Tuy nhiên, sự hiện diện của anion SO₄²⁻ ở nồng độ cao (lên tới 184,5 mmol/kg trong trầm tích) lại tạo ra hiệu ứng ngược: các anion sunphat hấp phụ chọn lọc lên bề mặt rìa mang điện dương của hạt sét, phá vỡ cấu trúc liên kết "card-house" (mặt lớn - mặt rìa), làm tăng điện tích âm tổng thể và duy trì trạng thái phân tán keo (tán keo) bền vững.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố của nhiều công trình nghiên cứu quốc tế và trong nước về hành vi của khoáng illit - kaolinit trong dung dịch điện ly. Dữ liệu từ biểu đồ nhiễu xạ XRD và bảng thành phần cấp hạt xác nhận rằng các hạt sét mịn bị rửa lũa từ bãi thải than chính là nguyên nhân trực tiếp gây ra độ đục dai dẳng và hiện tượng bồi lắng bùn sét dọc lòng suối Tân Long kéo dài đến điểm hợp lưu với sông Cầu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng khoa học thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý môi trường mang tính khả thi cao:

1. Nâng cấp công nghệ và mở rộng hệ thống xử lý nước thải mỏ: Công ty Than Khánh Hòa cần khẩn trương đầu tư trạm xử lý hóa lý tập trung công suất 4.500 m³/ngày đêm, ứng dụng công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm Al₂(SO₄)₃ kết hợp vôi tôi Ca(OH)₂ nhằm kiểm soát pH trong dải an toàn 6,5 - 8,5, giảm hàm lượng TSS xuống dưới 50 mg/L (đạt mục tiêu giảm 85% tải lượng chất lơ lửng) và kết tủa sunphat về ngưỡng dưới 500 mg/L trước quý IV năm 2027.
2. Quy hoạch giật cấp và gia cố kỹ thuật bãi thải: Đơn vị quản lý khai trường thực hiện hạ độ cao đỉnh bãi thải phía Nam từ +190m về đúng cao trình thiết kế an toàn dưới +150m, thiết kế độ dốc sườn tầng dưới 25 độ, thi công hệ thống mương gom nước mặt bậc thang dài 5,5 km dẫn về 3 hồ lắng bùn đất dung tích 15.000 m³ tại chân bãi thải nhằm triệt tiêu nguy cơ xói mòn và sạt lở trong vòng 18 tháng tới.
3. Phục hồi sinh thái bề mặt bãi thải than: Trồng thảm thực vật cố định đất bằng cỏ Vetiver kết hợp cây keo tai tượng trên diện tích 45 ha bãi thải nhằm nâng độ che phủ sinh học lên trên 85%, giúp giảm trên 70% lượng khoáng sét bị rửa trôi vào lưu vực suối giai đoạn 2027 - 2030.
4. Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và giám sát cộng đồng: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên chủ trì lắp đặt 02 trạm quan trắc nước tự động liên tục đo pH, TSS và độ dẫn điện EC tại cửa xả mỏ và trạm hạ lưu suối Tân Long (tần suất cập nhật 15 phút/lần), đồng thời thiết lập cơ chế kiểm tra định kỳ có sự tham gia của đại diện 288 hộ dân xã Phúc Hà bắt đầu từ đầu năm 2027.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Khoa học Môi trường, Địa chất công trình: Nguồn tài liệu chuyên khảo chuẩn xác về quy trình tách cấp hạt sét, kỹ thuật phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) trên máy Siemens D5005 và phương pháp Lagaly cải biên để đánh giá động học keo sét trong môi trường nước mặt.
• Kỹ sư môi trường tại các tập đoàn khai thác khoáng sản và than đá: Cung cấp công thức tính toán tải lượng ô nhiễm, cơ sở lựa chọn hóa chất keo tụ (Al³⁺, Ca²⁺) tối ưu hóa chi phí vận hành trạm xử lý nước thải moong và bãi thải lộ thiên.
• Cán bộ quản lý nhà nước tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường: Cung cấp bộ dữ liệu thực địa 3 năm về mức độ phát thải TSS, SO₄²⁻ và nguy cơ bồi lắng lòng suối, phục vụ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và cấp phép xả thải.
• Chuyên gia tư vấn và các tổ chức phi chính phủ về phát triển bền vững: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm case-study điển hình để xây dựng các mô hình thích ứng môi trường, giảm thiểu rủi ro trượt lở bãi thải đất đá cao tầng tại các vùng mỏ miền núi Đông Bắc.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nước thải mỏ than Khánh Hòa lại có nồng độ sunphat và độ đục rất cao?
Trong đất đá thải mỏ than có chứa nhiều quặng sunphua kim loại (chủ yếu là pyrit FeS₂). Khi tiếp xúc với không khí và nước mưa, pyrit bị oxy hóa tạo thành H₂SO₄ và các muối sunphat tan, đẩy nồng độ SO₄²⁻ lên 908,6 - 1699,1 mg/L. Quá trình phong hóa kết hợp với dòng chảy mặt bóc tách các hạt sét mịn khiến độ đục nước thải luôn dao động từ 237,4 đến 632 NTU.

2. Các cation Al³⁺, Ca²⁺, Na⁺ ảnh hưởng như thế nào đến khả năng lắng đọng bùn sét suối Tân Long?
Khả năng thúc đẩy tụ keo của cation tuân theo quy luật hóa trị: Al³⁺ > Ca²⁺ > Na⁺. Thí nghiệm chứng minh ion Al³⁺ chỉ cần nồng độ thấp 0,1 - 1,0 mmol/L đã trung hòa triệt để điện tích âm bề mặt và nâng độ truyền quang T% lên 93 - 96% (nước trong, sét lắng nhanh). Ngược lại, Na⁺ cần nồng độ tới 100 mmol/L nhưng T% chỉ đạt 64,8 - 81,5%.

3. Sự hiện diện của ion SO₄²⁻ tác động ra sao đến độ đục của nước mặt?
Ion sunphat (SO₄²⁻) là anion đa hóa trị, có khả năng hấp phụ mạnh vào các vị trí điện tích dương tại bề mặt rìa phiến sét. Sự hấp phụ này cạnh tranh và làm suy giảm liên kết cấu trúc màng sét "card-house", xúc tác mạnh mẽ cho quá trình tán keo, khiến các hạt sét lơ lửng phân tán lâu hơn và duy trì độ đục cao trong nước suối.

4. Vì sao nồng độ TSS có xu hướng giảm dần từ trạm NM-2 đến NM-4?
Tại điểm xả NM-2, nồng độ TSS đạt đỉnh 111,4 - 235,9 mg/L. Khi dòng chảy xuôi về hạ lưu đến điểm NM-3 (cách 1500m) và NM-4 (cách 2500m), TSS giảm dần xuống 20,8 - 161,2 mg/L do quá trình sa lắng trọng lực tự nhiên của các cấp hạt thô (> 2 µm) kết hợp với hiện tượng pha loãng thủy văn từ các phụ lưu suối Sơn Cẩm, suối Nam Tiền.

5. Người dân sinh sống xung quanh bãi thải mỏ than đối mặt với những nguy cơ gì?
Khoảng 288 hộ dân sống trong bán kính 200m đối mặt với nguy cơ trượt lở đất đá do bãi thải Nam đã cao tới gần +190m. Ngoài ra, nước suối Tân Long bị ô nhiễm chất rắn lơ lửng (vượt chuẩn 1,05 đến 4,7 lần) và tích tụ sunphat gây bồi lắng kênh mương, làm suy giảm năng suất cây trồng và đe dọa nguồn nước giếng sinh hoạt cục bộ.

Kết luận

• Luận văn đã xác định toàn diện hiện trạng ô nhiễm lý - hóa tại suối Tân Long do nước thải mỏ than Khánh Hòa xả ra với TSS vượt chuẩn từ 3,0 đến 5,8 lần và SO₄²⁻ đạt tới 1699,1 mg/L.
• Khẳng định cấp hạt sét (< 2 µm) trong trầm tích suối sau điểm xả tăng vọt lên 55,7%, với thành phần khoáng vật chủ đạo là Kaolinit, Illit và Vermiculit.
• Làm sáng tỏ quy luật keo tụ khoáng sét phụ thuộc vào hóa trị cation (Al³⁺ > Ca²⁺ > Na⁺) và chứng minh vai trò tán keo duy trì độ đục của anion SO₄²⁻.
• Đề xuất hệ thống 4 giải pháp đồng bộ gồm nâng công suất xử lý nước thải lên 4.500 m³/ngày đêm, hạ cao độ bãi thải Nam về +150m, phủ xanh 45 ha bãi thải và quan trắc tự động liên tục.
• Kế hoạch triển khai kỹ thuật cần hoàn thiện các hạng mục hồ lắng và giật cấp tầng thải trong giai đoạn 2027 - 2028 nhằm kiểm soát an toàn môi trường lưu vực.

Hãy áp dụng ngay các giải pháp kỹ thuật keo tụ bề mặt và mô hình quản lý bãi thải từ nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường nước tại các khu vực khai khoáng trên cả nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời kì hội nhập kinh tế toàn cầu, đất nước ta đang đẩy mạnh công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, phấn đấu cơ bản trở thành nước công nghiệp vào năm 2020. Nền kinh tế đất nước tăng trưởng đáng kể, đạt được nhiều thành tựu. Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế cũng nảy sinh những vấn đề không nhỏ về môi trường. Để phục vụ cho sản xuất, phát triển công nghiệp, một lượng tài nguyên khoáng sản như than, đá.

bị khai thác, trong đó than là khoáng sản được khai thác đã có lịch sử kéo dài và quy mô khai khác trên diện rộng khắp các tỉnh thành cả nước. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là hiện nay việc khai thác than sử dụng công nghệ còn quá lạc hậu và thường gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Thái Nguyên là tỉnh có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú cả về chủng loại và trữ lượng. Thêm vào đó, Thái Nguyên còn là trung tâm văn hoá - kinh tế - xã hội của các tỉnh miền núi phía Đông Bắc, là cầu nối giao thông giữa các tỉnh phía Đông Bắc với Hà Nội, Tây Bắc và các tỉnh vùng đồng bằng Bắc Bộ, rất thuận lợi cho việc phát triển ngành công nghiệp.

Được đánh giá là tỉnh có trữ lượng than lớn thứ hai trong cả nước, với 15 triệu tấn than mỡ và khoảng 90 triệu tấn than đá, phân bố ở các mỏ lớn thuộc các huyện trên địa bàn tỉnh như mỏ than Khánh Hòa, mỏ than Phấn Mễ, mỏ than Núi Hồng…, ngành khai thác than đã và đang phục vụ đắc lực cho công nghiệp luyện kim của tỉnh, điển hình là mỏ than Khánh Hòa với sản lượng khai thác hiện nay trên 700.000 tấn/năm, đóng góp rất lớn cho ngân sách của tỉnh mỗi năm. Nhưng bên cạnh nguồn lợi to lớn mà ngành công nghiệp than đem lại thì vấn đề môi trường liên quan đến hoạt động khai thác than cũng rất đáng quan tâm. Theo số liệu tại mỏ than Khánh Hòa, để khai thác được 1 tấn than thì khối lượng đất đá cần bóc đi từ 8 đến 10 m3 đất phủ, thải ra 1 đến 3 m3 nước thải. Quá trình khai thác kéo dài nhiều năm dẫn đến các bãi thải của công trường khai thác ngày càng mở rộng về số lượng và quy mô, và có những tác động đến hệ sinh thái và sức khỏe của cộng đồng dân cư sống ở khu vực xung quanh.

Tại các bãi thải mỏ, thành phần chủ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] yếu của chất thải trên các bãi thải là đất đá do nổ mìn gồm: cát kết, bột kết, sét kết và đất phủ. Trong các thành phần này, mức độ phong hoá của bột kết chậm hơn so với các đá khác, đá được tạo bởi sét kết bị phong hoá nhanh, dễ nứt nẻ, vỡ vụn, khi gặp nước thì chảy nhão nên dễ gây bồi lắng, lụt lội và trượt lở bãi thải. Để xác định được những ảnh hưởng này, cần phải có những nghiên cứu cụ thể. Được sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giảng viên TS.

Nguyễn Ngọc Minh, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sự biến đổi một số tính chất lý - hóa nước suối Tân Long dưới tác động của nước thải mỏ than Khánh Hòa, tỉnh Thái Nguyên” được đặt ra với những mục tiêu và nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:  Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá những ảnh hưởng từ hoạt động khai thác than tại mỏ than Khánh Hòa các bãi thải mỏ đến chất lượng nước suối Tân Long. Tác động của nước thải mỏ và nước chảy tràn từ các bãi đổ thải là những nguồn tác động chủ yếu và sẽ được tìm hiểu kỹ lưỡng trong nghiên cứu này. - Dự báo và đề xuất giải pháp giảm thiểu các ảnh hưởng của hoạt động khai thác than tại mỏ Khánh Hòa đến chất lượng nước suối Tân Long.  Nội dung nghiên cứu - Thu thập điều tra, tổng hợp đánh giá sơ bộ các hoạt động kinh tế xã hội trong vùng tiến hành nghiên cứu.

- Hiện trạng điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu sự rửa trôi khoáng sét tại các bãi thải mỏ. - Đánh giá ảnh hưởng của một số thành phần chất thải đến chất lượng nước mặt của suối Tân Long.  Phƣơng pháp nghiên cứu - Thu thập điều tra, tổng hợp hiện trạng điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong vùng nghiên cứu.

- Xác định các tính chất lý hóa cơ bản của nước suối Tân Long - Xác định thành phần và tính chất của trầm tích suối Tân Long - Nghiên cứu thành phần sét và nguy cơ rửa trôi khoáng sét tại các bãi thải mỏ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu 1. Vị trí địa lý, ranh giới hành chính Mỏ than Khánh Hòa nằm trên địa bàn xã Phúc Hà thuộc thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam.

Xã nằm ở phía Tây -Tây Bắc của khu vực trung tâm thành phố. Toạ độ địa lý của mỏ như sau: 21o37’38’’ – 21o36’00’’ Vĩ độ Bắc. Tiếp giáp các phía của mỏ như sau: - Phía Đông giáp cánh đồng lúa. - Phía Tây giáp khu dân cư và phụ lưu suối Tân Long.

- Phía nam giáp khu dân cư và cánh đồng lúa. - Phía Bắc giáp khu dân cư và lưu vực suối Tân Long. Mỏ nằm ở phía Đông và phía Bắc xã Phúc Hà. Phía Đông Nam của mỏ là trụ sở UBND xã Phúc Hà và trường tiểu học xã Phúc Hà.

Xung quanh khu vực mỏ có gần 100 hộ dân sinh sống, trong đó: Khu vực khai trường cách hộ dân gần nhất là: 500m. Khu vực bãi thải cách hộ dân gần nhất là: 50m. Hệ thống sông suối quanh khu vực mỏ bao gồm suối Khánh Hoà (suối Huyền), suối Nam Tiền, suối Sơn Cẩm, đây là các phụ lưu chính đổ vào suối Tân Long trước khi tiếp nhận nước thải của mỏ than Khánh Hoà. Điều kiện khí tƣợng, thuỷ văn khu vực mỏ than Khánh Hoà a/ Điều kiện khí tượng: Mỏ than Khánh hoà nằm tại địa phận xã Phúc Hà - thành phố Thái Nguyên, do đó có các đặc điểm khí hậu của khu vực thành phố Thái Nguyên và mang những LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nét đặc trưng khí hậu của vùng trung du miền núi Bắc bộ, được chia làm hai mùa rõ rệt.

Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khố kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. - Nhiệt độ trung bình năm đạt khoảng 360C trong đó có nhiệt độ trung bình cao nhất đạt 28,80c và trung bình thấp nhất khoảng 170C. - Độ ẩm không khí của khu vực khá cao, trung bình đạt 82%, độ ẩm trung bình lớn nhất 88%và trung bình thấp nhất đạt 77%. - Tổng số giờ nắng trung bình tháng khoảng 113giờ/tháng.

- Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất là tháng 7 và tháng nhỏ nhất là tháng 2. - Hướng gió thịnh hành tại khu vực mỏ là Đông Bắc (mùa đông) và Đông Nam (mua hè). b/ Điều kiện thuỷ văn: - Nước mặt: trong khu vực mỏ than chủ yếu là hệ thống suối Sơn Cẩm, suối Khánh Hoà suối Huyền), suối Nam Tiền, đây là các phụ lưu chính đổ vào suối Tân Long rồi đổ ra sông Cầu. Lưu lượng của các suối được thống kê trong bảng 1.

Thống kê lưu lượng các suối chính Suối Suối Suối Suối Tên suối Khánh Hoà Sơn Cẩm NamTiền Tân Long (Suối Huyền) Lưu lượng nhỏ nhất 0,08 128 0,02 390 (l/s) Lưu lượng lớn nhất 241 5.967 (l/s) - Nước dưới đất: + Nước trong lớp phủ đệ tứ: lớp phủ đệ tứ có thành phần cuội, sạn, cát, sét và đất trồng, chiều dày từ vài mét đến 9 - 10m. Lớp này có đặc điểm về mùa mưa thì gần như bão hoà nước, nhưng mùa khô thì gần như cạn kiệt nước. Nguồn bổ sung và cung cấp nước là nước mưa, miền thoát nước là các tầng đá của tầng chứa than. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Nước trong địa tầng chứa than: tầng chứa nước trong địa tầng chứa than có thành phần chủ yếu là đá vôi, sét và một số lớp cát, bột kết và bột kết vôi.

Phần nông trong các lớp đá vôi sét có hang cactơ. Đặc điểm địa hình địa chất mỏ than Khánh Hoà a/ Địa hình mỏ than Khánh Hoà: Mỏ than Khánh Hoà nằm trong thung lũng kéo dài huớng Tây Bắc – Đông Nam, với chiều dài khoảng 6km, chiều rộng 600-700m. Địa hình trong lòng thung lũng dốc từ phía Tây Bắc (với độ cao trung bình khoảng 32m) xuống phía Đông Nam (độ cao trung bình khoảng 28m). Phía Nam và Đông Nam thung lũng là các dải đồi thấp với độ cao từ +30m đến +70m và có một số đỉnh đồi có độ cao +150m.

b/ Địa chất: Địa tầng: Trầm tích chứa than của mỏ Khánh Hoà được xếp vào hệ trias, thống lượng, bậc Nori-Rêti, điệp Bá Sơn (T3n-rbs Bá Sơn). Tầng trầm tích này phân bố từ Cao Ngạn qua Quán Triều dọc theo thung lũng Nam Tiền làng Ngò An Khánh-Bá Sơn với chiều dài trên 6km. Thành phần bao gồm: Các lớp hạt thô: gồm sạn kết, bột kết chiếm tỉ lệ không lớn. Hoạt động khai thác và đổ thải tại mỏ than Khánh Hòa Tính từ năm 1954 đến 2006, mỏ than Khánh Hòa khai thác được gần 5.

Tính riêng từ năm 1980 đến 2006, tổng sản lượng than nguyên khai khai thác tại mỏ là 3. Quá trình khai thác lộ thiên đã làm thay đổi địa hình nguyên thủy của khu vực [3]. Trong 5 năm gần đây sản lượng than khai thác tăng đáng kể (trong năm 2011 đã bóc 7.000 m3 đất đá; khai thác được 705.000 tấn than nguyên khai; tiêu thụ 853. Một trong những vấn đề môi trường cấp bách cần được quan tâm đó là các bãi thải của mỏ than và nước thải thoát ra từ mỏ.

Để làm ra được 1 tấn than phải bốc xúc trên 10 tấn đất đá [5]. Như vậy, các bãi thải của công trường khai thác lâu dần sẽ cao lên gây ảnh hưởng lớn đến môi trường và cộng đồng dân cư khu vực xung quanh. Ngoài ra, do quy mô khai thác ngày một tăng, diện tích moong càng ngày càng mở rộng, lượng nước thải LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phát sinh do tháo khô mỏ lớn >3.đ và không được thu gom xử lý triệt để sẽ là tác nhân lớn làm ô nhiễm môi trường nước và làm thay đổi chất lượng nước suối tiếp nhận.