Nghiên cứu thực trạng xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả quản lý

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thực trạng xử lý nước thải mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh

• Tác giả: Tạ Phương Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Ngô Trà Mai
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu thực trạng xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả quản lý
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Thực trạng xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh

Quân đội khai thác than lộ thiên Quảng Ninh tạo ra lượng nước thải khổng lồ mỗi năm. Nước thải chứa axit, kim loại nặng và tạp chất rắn. Các trạm xử lý hiện nay áp dụng công nghệ bể điều hòa, trung hòa, keo tụ và lắng. Tuy nhiên, khối lượng Mn và Fe thường vượt chuẩn QCVN 40-MT, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường. Đánh giá thực địa cho thấy sự chênh lệch lớn giữa các trạm, một số trạm đáp ứng tiêu chuẩn, một số khác chưa đạt. Điều kiện địa hình, độ sâu mỏ và độ biến động dòng chảy làm tăng độ khó trong việc duy trì hiệu suất. Nguồn lực đầu tư chưa đồng bộ, khiến một số khu vực chưa lắp đầy đủ thiết bị. Kết quả là chất lượng nước thải sau xử lý vẫn còn tồn tại mức độ ô nhiễm đáng lo ngại.

1.1. Đặc điểm nguồn nước thải mỏ than

Nước thải mỏ than lộ thiên có tính axit mạnh, độ pH thường dưới 3. Hàm lượng kim loại nặng như Fe, Mn và As vượt mức cho phép. TSS cao do cặn lơ lửng lớn, gây tắc nghẽn thiết bị lắng. Ngoài ra, dòng chảy không ổn định tạo khó khăn cho các bước trung hòa và keo tụ. Các yếu tố này yêu cầu quy trình xử lý đa giai đoạn và thiết bị chịu được môi trường ăn mòn.

1.2. Quy mô và phân bố các trạm xử lý

Tỉnh Quảng Ninh hiện có hơn 40 trạm xử lý nước thải mỏ, phân bố theo các khu khai thác chính như Cẩm Châu, Yên Hòa và Cọc Sáu. Mỗi trạm có công suất từ 500 đến 2000 m³/ngày, tùy theo quy mô mỏ. Một số trạm áp dụng công nghệ nhóm 3, còn lại sử dụng nhóm 1 hoặc 2. Độ chênh lệch về công nghệ và quy mô tạo ra mức độ hiệu quả khác nhau giữa các trạm.

II. Phân tích các vấn đề trong thực trạng xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh

Các trạm xử lý gặp khó khăn trong việc duy trì độ ổn định pH sau trung hòa. Phản ứng axit‑kiềm không đồng đều gây dao động pH và ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Thiết bị lọc áp lực và lọc trọng lực thường bị tắc bám cặn, giảm lưu lượng và tăng chi phí bảo trì. Ngoài ra, hệ thống giám sát chất lượng nước thải chưa đầy đủ, dữ liệu thu thập không liên tục, khiến việc đánh giá hiệu suất gặp khó khăn. Sự thiếu hụt nhân lực chuyên môn và ngân sách hạn chế làm chậm tiến độ nâng cấp công nghệ. Cuối cùng, việc tuân thủ quy chuẩn QCVN 40-MT chưa đồng bộ, đặc biệt ở các trạm mới khởi công, dẫn đến mức độ ô nhiễm vượt chuẩn trong một số quý.

2.1. Vấn đề kỹ thuật trong quy trình xử lý

Quá trình trung hòa không đạt mục tiêu pH ổn định, gây hiệu suất keo tụ giảm. Lớp keo tụ không đồng nhất, dẫn tới tách cặn kém. Các bể lắng ngang gặp hiện tượng tụ cặn dày, giảm khả năng lắng tấm. Việc lựa chọn lọc áp lực thay vì lọc trọng lực làm tăng chi phí vận hành và tiêu thụ năng lượng. Những hạn chế này làm giảm tỷ lệ loại bỏ tạp chất và kim loại nặng.

2.2. Thiếu sót trong quản lý và giám sát

Hệ thống thu thập dữ liệu môi trường còn rời rạc, các trạm không đồng bộ trong việc ghi nhận pH, Fe, Mn và TSS. Báo cáo chất lượng nước thải thường dựa trên mẫu xét nghiệm định kỳ, không phản ánh biến động thực tế. Công tác bảo trì định kỳ thiếu kế hoạch chi tiết, dẫn đến thời gian ngừng hoạt động cao. Kết quả là việc đánh giá hiệu quả xử lý không chính xác và quyết định cải tiến còn chậm trễ.

III. Giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh

Đầu tư vào công nghệ nhóm 3, kết hợp bể điều hòa, keo tụ, lắng tấm nghiêng và lọc trọng lực, giúp giảm Mn và Fe xuống mức cho phép. Áp dụng hệ thống tự động hóa SCADA để giám sát pH, lưu lượng và nồng độ kim loại nặng theo thời gian thực. Triển khai chương trình bảo trì dự phòng, thay thế bộ lọc định kỳ và đào tạo nhân viên chuyên môn. Khuyến khích hợp tác với các viện nghiên cứu trong việc thử nghiệm công nghệ mới như phản ứng oxy hóa mạnh và vi sinh. Đồng thời, thiết lập quy chuẩn nội bộ và báo cáo định kỳ để đáp ứng QCVN 40-MT và nâng cao khả năng chịu đựng môi trường ăn mòn.

3.1. Cải tiến công nghệ xử lý

Sử dụng bể lọc trọng lực thay cho lọc áp lực giảm chi phí vận hành và tăng thời gian hoạt động liên tục. Kết hợp keo tụ sinh học để tăng khả năng loại bỏ Fe và Mn. Áp dụng các chất trung hòa có khả năng ổn định pH lâu dài, giảm nhu cầu điều chỉnh liên tục. Công nghệ oxy hoá mạnh (AOP) giúp phân hủy chất hữu cơ và giảm độ độc hại của nước thải.

3.2. Nâng cao quản lý và giám sát

Triển khai nền tảng SCADA với cảm biến trực tuyến đo pH, TSS, Fe, Mn, nhiệt độ và lưu lượng. Dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống đám mây, cho phép phân tích xu hướng và cảnh báo sớm. Định kỳ kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị đo lường để đảm bảo độ chính xác. Thực hiện báo cáo môi trường hàng tháng, so sánh với tiêu chuẩn QCVN để đưa ra biện pháp khắc phục kịp thời.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn cho thực trạng xử lý nước thải tại các mỏ than lộ thiên tỉnh Quảng Ninh

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ nhóm 3 và hệ thống giám sát tự động có thể giảm đáng kể nồng độ Mn, Fe và TSS, đáp ứng chuẩn QCVN 40-MT. Đầu tư vào bảo trì dự phòng và đào tạo nhân lực nâng cao năng lực vận hành. Các giải pháp này không chỉ cải thiện chất lượng môi trường địa phương mà còn tạo mẫu cho các tỉnh khai thác mỏ tương tự. Việc áp dụng các biện pháp này sẽ giảm chi phí xử lý dài hạn, tăng tuổi thọ thiết bị và bảo vệ nguồn nước sinh thái quanh khu vực khai thác.

4.1. Tác động môi trường và xã hội

Giảm nồng độ kim loại nặng trong nước thải giúp bảo vệ hệ sinh thái sông suối và nguồn nước sinh hoạt cho cộng đồng địa phương. Giảm ô nhiễm không khí do giảm phát thải hóa chất trong quá trình xử lý. Cải thiện hình ảnh công ty khai thác, tạo niềm tin cho nhà đầu tư và cơ quan quản lý.

4.2. Đề xuất triển khai quy mô rộng

Khuyến khích tỉnh Quảng Ninh đưa các tiêu chuẩn công nghệ nhóm 3 vào quy định địa phương. Hỗ trợ tài chính cho các trạm chưa đáp ứng chuẩn qua quỹ môi trường. Thiết lập mạng lưới chia sẻ dữ liệu giữa các trạm để tối ưu hóa hoạt động và nâng cao khả năng phản hồi nhanh khi xảy ra sự cố.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hàng năm, hoạt động khai thác than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam thải ra môi trường khoảng 182,6 triệu m3 đất đá và xấp xỉ 70 triệu m3 nước thải mỏ. Đặc biệt tại khu vực tỉnh Quảng Ninh, để sản xuất được 1 tấn than nguyên khai, các đơn vị phải bóc xúc từ 8 đến 10 m3 đất phủ và phát sinh từ 1 đến 3 m3 nước thải mỏ. Hoạt động khai thác lộ thiên ngày càng hạ xuống các moong sâu dưới mức thoát nước tự chảy, đạt độ sâu từ âm 100m tại mỏ Hà Tu đến âm 250m tại mỏ Cọc Sáu. Quá trình tháo khô moong khai thác làm phát sinh lượng nước thải khổng lồ chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, tính axit mạnh và nồng độ kim loại nặng hòa tan vượt chuẩn, đe dọa trực tiếp đến hệ thống sông suối tiếp nhận cũng như môi trường sinh thái vịnh Hạ Long và vịnh Bái Tử Long.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường của tác giả Tạ Phương Ngọc hướng tới mục tiêu đánh giá toàn diện thực trạng chất lượng nước thải trước và sau xử lý tại 4 mỏ than lộ thiên lớn của tỉnh Quảng Ninh gồm: Hà Tu, Cao Sơn, Tây Nam Đá Mài và Cọc Sáu. Nghiên cứu thực hiện thu thập chuỗi dữ liệu quan trắc định kỳ trong 5 năm liên tục từ năm 2018 đến năm 2022, kết hợp đợt lấy mẫu chuyên sâu vào tháng 4 năm 2023 và mở rộng đối chứng với trạm xử lý nước thải mỏ than Núi Hồng tại tỉnh Thái Nguyên. Ý nghĩa thực tiễn của công trình là cung cấp luận cứ khoa học để hoàn thiện công nghệ xử lý, bảo đảm nước thải đạt chuẩn xả thải và tạo nền tảng tái sử dụng từ 30.000 đến 50.000 m3 nước mỗi ngày phục vụ sản xuất và sinh hoạt, giải quyết tình trạng khan hiếm nước ngọt tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hình thành dòng thải axit mỏ kết hợp với lý thuyết keo tụ và lắng trọng lực trong xử lý nước thải công nghiệp khoáng sản. Hiện tượng axit hóa nước mỏ phát sinh do khoáng vật pyrit sắt trong các vỉa than và đất đá tiếp xúc với oxy không khí và nước, bị oxy hóa tạo thành axit sunfuric và giải phóng các ion sắt, mangan hòa tan vào nước.

Quá trình làm sạch dựa trên nguyên lý trung hòa hóa học bằng sữa vôi để nâng độ pH, chuyển hóa các ion kim loại nặng thành dạng kết tủa hydroxit khó tan. Tiếp đó, lý thuyết keo tụ và tạo bông được áp dụng thông qua việc châm hóa chất PAC và chất trợ keo tụ PAM nhằm liên kết các hạt cặn lơ lửng mang điện tích âm thành các bông bùn lớn. Cơ chế phân tách pha rắn lỏng được tối ưu hóa bằng động học lắng trong bể lắng tấm nghiêng lamen với các phiến lắng đặt nghiêng một góc 60 độ, giúp tăng diện tích lắng hiệu dụng lên gấp 3 đến 5 lần so với bể lắng ngang. Các khái niệm nền tảng được vận hành xuyên suốt đề tài gồm: chỉ số pH, tổng chất rắn lơ lửng TSS, dung lượng hấp phụ kim loại và vận tốc lắng bề mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ báo cáo quan trắc môi trường định kỳ 4 quý mỗi năm trong suốt giai đoạn 5 năm từ năm 2018 đến năm 2022 tại 4 trạm xử lý nước thải mỏ than Hà Tu giai đoạn 2, Cao Sơn, Tây Nam Đá Mài và Cọc Sáu. Bộ dữ liệu gồm hơn 80 mẫu quan trắc đầu vào và đầu ra. Tác giả bổ sung 8 mẫu nước phân tích chi tiết tại các bể phản ứng trung hòa và bể lắng lamen vào tháng 4 năm 2023, cùng 8 bộ mẫu quan trắc giai đoạn 2021-2022 tại trạm xử lý mỏ Núi Hồng để đối chứng.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu tổ hợp và đo đạc hiện trường theo các tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-1:2011, TCVN 5999-1995 và TCVN 8880:2011. Các mẫu nước được bảo quản lạnh ở nhiệt độ 2 đến 5 độ C bằng axit nitric và axit sunfuric chuyên dụng.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Toàn bộ chỉ tiêu được phân tích tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, đơn vị được chứng nhận chuẩn quốc tế ISO/IEC 17025:2017 với mã số phòng thí nghiệm VILAS 396 và chứng chỉ VIMCERTS 023. Tác giả sử dụng hệ thống thiết bị phát xạ nguyên tử ICP-MS 7700x của Agilent để đo đạc các kim loại nặng và máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS DR 6000 của Hach nhằm bảo đảm ngưỡng phát hiện siêu vi lượng ở mức dưới 0,01 mg/l, đáp ứng hoàn toàn tính chuẩn xác theo quy chuẩn xả thải quốc gia.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, đặc tính nước thải thô đầu vào có độ pH giảm mạnh và biến thiên theo chiều sâu khai thác. Trong giai đoạn 2018-2020, độ pH tại các trạm cơ bản đạt ngưỡng 5,5 đến 7,0. Tuy nhiên, từ năm 2021 đến năm 2022, độ pH tại trạm Hà Tu giai đoạn 2 và mỏ Cọc Sáu đã tụt xuống mức từ 3,8 đến 4,8, vượt ra ngoài giới hạn cho phép từ 5,5 đến 9,0 của quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp.

Thứ hai, hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng TSS đầu vào vượt ngưỡng quy chuẩn từ 2 đến hơn 30 lần. Trong khi quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B quy định giới hạn TSS là 81 mg/l, giá trị TSS thô tại mỏ Cọc Sáu và Tây Nam Đá Mài vào các đợt mưa lớn của năm 2021-2022 thường xuyên vượt trên 1.200 mg/l, có thời điểm ghi nhận mức tăng đột biến gấp 17 đến 30 lần, đạt xấp xỉ 2.400 mg/l.

Thứ ba, nồng độ sắt tổng và mangan hòa tan trong nước thải đầu vào vượt ngưỡng cho phép ở mức báo động. Tại trạm Hà Tu, nồng độ sắt tăng nhanh từ quý 2 năm 2020 và vượt gấp 5 lần giới hạn 4,05 mg/l. Đối với chỉ tiêu mangan, nồng độ tại cả 4 trạm đều vượt ngưỡng giới hạn 0,81 mg/l từ 5 đến 10 lần; đỉnh điểm tại trạm Tây Nam Đá Mài vào quý 3 và quý 4 năm 2022, hàm lượng mangan đầu vào vượt trên 30 lần ngưỡng quy định.

Thứ tư, về hiệu quả xử lý, dây chuyền trung hòa kết hợp lắng tấm nghiêng lamen và lọc mangan tại 4 trạm đã loại bỏ được từ 92% đến 98% lượng cặn TSS và trên 95% hàm lượng sắt, giúp nước sau xử lý đạt cột B quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT. Dù vậy, chỉ số mangan sau lọc tại một số thời điểm mưa lớn vẫn dao động tiệm cận ngưỡng cho phép, kém ổn định hơn so với trạm xử lý mỏ Núi Hồng vốn đạt chất lượng nước đầu ra cột A nhờ dây chuyền lắng hai bậc kết hợp hạ pH sau lọc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn tới nồng độ chất ô nhiễm tăng cao bắt nguồn từ khối lượng đất đá bóc xúc quá lớn tại các mỏ than lộ thiên, điển hình như mỏ Cao Sơn bốc xúc hơn 58 triệu m3 và mỏ Hà Tu bốc xúc trên 44 triệu m3 trong năm 2022. Khai thác xuống moong sâu làm tăng diện tích tiếp xúc của các tầng chứa pyrit sắt với nước mặt và không khí, đẩy nhanh phản ứng oxy hóa sinh ra axit sunfuric và rửa lũa kim loại nặng. Bên cạnh đó, các hồ điều hòa có dung tích chưa tương xứng với lưu lượng mưa lũ khiến thời gian lưu nước bị rút ngắn, gây sốc tải cục bộ cho cụm hóa lý.

Về phương thức biểu diễn số liệu, các phát hiện nghiên cứu có thể được trực quan hóa rất rõ nét thông qua biểu đồ đường đa trục tọa độ thể hiện tương quan biến thiên nghịch đảo giữa pH và hàm lượng sắt, mangan hòa tan qua các quý trong năm. Đi kèm với đó, một bảng ma trận so sánh chi tiết giữa công nghệ lắng ngang truyền thống và công nghệ lắng tấm nghiêng lamen sẽ phản ánh sinh động hiệu quả phân tách cặn cơ học.

Ý nghĩa thực tiễn của các phát hiện cho thấy việc duy trì chất lượng nước đạt cột B mới chỉ đáp ứng yêu cầu xả thải tối thiểu ra môi trường tự nhiên. Để hướng tới nền kinh tế tuần hoàn và giải quyết triệt để sự thiếu hụt nguồn nước sạch tại Cẩm Phả và Hạ Long, các trạm xử lý mỏ lộ thiên cần được nâng cấp công nghệ để tiệm cận tiêu chuẩn cột A.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, nâng cấp công nghệ oxy hóa cưỡng bức và vật liệu lọc mangan tự động. Doanh nghiệp cần lắp đặt tháp làm thoáng sục khí đa tầng trước cụm phản ứng và thay thế cát lọc thông thường bằng quặng mangan hoạt tính nhằm nâng hiệu suất khử mangan lên trên 98%, kiểm soát nồng độ mangan sau lọc đạt dưới 0,5 mg/l theo chuẩn cột A. Lộ trình triển khai từ năm 2024 đến năm 2026, do Công ty TNHH Một thành viên Môi trường thuộc TKV chủ trì thực hiện.

Hai là, mở rộng và nạo vét dung tích hồ lắng điều hòa đầu nguồn. Các mỏ cần xây dựng bổ sung các ngăn lắng sơ bộ tại trạm Tây Nam Đá Mài và Cọc Sáu để bảo đảm thời gian lưu thủy lực tối thiểu từ 12 đến 16 giờ. Giải pháp này giúp cắt giảm từ 50% đến 60% tải lượng cặn lơ lửng TSS thô trước khi đi vào bể lắng lamen, giảm thiểu nguy cơ quá tải trong mùa mưa bão. Thời gian hoàn thành trong giai đoạn 2024-2025, do các công ty than Cao Sơn và Cọc Sáu thực hiện.

Ba là, tự động hóa quy trình châm hóa chất bằng cảm biến đo trực tuyến. Đơn vị cần trang bị cảm biến đo liên tục độ pH và độ đục kết nối hệ thống điều khiển PLC để định lượng chính xác liều lượng sữa vôi, PAC và PAM theo lưu lượng dòng chảy. Giải pháp giúp loại bỏ sai số do con người, giảm từ 15% đến 20% chi phí hóa chất vận hành hàng năm và ngăn ngừa sốc tải hóa lý, triển khai từ năm 2024 đến năm 2025 do phòng cơ điện các đơn vị mỏ phụ trách.

Bốn là, xây dựng modul lọc màng phục vụ tái sử dụng 100% nguồn nước mỏ. Tập đoàn cần đầu tư hệ thống lọc màng siêu lọc UF và màng thẩm thấu ngược RO phía sau bể lọc cát để tinh chế từ 30.000 đến 50.000 m3 nước thải mỏ mỗi ngày thành nước sạch cấp cho xưởng sàng tuyển, rửa xe vận tải và bổ sung cho sinh hoạt đô thị. Lộ trình thực hiện từ năm 2025 đến năm 2030 dưới sự phối hợp giữa TKV và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư vận hành và cán bộ quản lý môi trường tại các đơn vị khai thác mỏ: Luận văn cung cấp trực tiếp các thông số kỹ thuật thực nghiệm về định mức pha chế hóa chất vôi, PAC, PAM và quy trình vận hành bể lắng lamen, giúp xử lý triệt để hiện tượng bùn nổi và tắc nghẽn đường ống khi lưu lượng nước thải tăng cao.

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và Cục Khoáng sản có thể khai thác bộ dữ liệu quan trắc 5 năm để xây dựng hạn ngạch xả thải, hoàn thiện quy chuẩn kỹ thuật địa phương và ban hành quy định về tỷ lệ tái tuần hoàn nước thải công nghiệp ngành than.

Nhóm chuyên gia tư vấn và các công ty thiết kế công trình xử lý nước thải: Các kỹ sư môi trường có thể ứng dụng số liệu tải lượng ô nhiễm thực tế để tính toán thiết kế modul lắng lọc chịu tải cao cho các loại nước thải công nghiệp có dải pH biến thiên rộng từ 3,5 đến 8,5 và nồng độ TSS lên đến hàng nghìn mg/l.

Nhóm giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Môi trường: Công trình là tài liệu tham khảo giàu giá trị thực tiễn về mô hình xử lý dòng thải axit mỏ tại Việt Nam, phục vụ công tác nghiên cứu, biên soạn giáo trình và phát triển các đề tài chuyên sâu về kinh tế tuần hoàn tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải mỏ than lộ thiên tại Quảng Ninh mang những đặc tính ô nhiễm nào nổi bật nhất?

Nước thải mỏ than lộ thiên có độ đục và hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS rất cao, dao động từ vài trăm đến hơn 2.400 mg/l. Nước có tính axit mạnh với giá trị pH thường xuyên hạ xuống dưới 4,5, đồng thời chứa nồng độ ion sắt và mangan hòa tan vượt quy chuẩn môi trường từ 5 đến hơn 30 lần do hiện tượng oxy hóa quặng pyrit tự nhiên khi moong mỏ hạ sâu.

Vì sao ion mangan trong nước thải mỏ than lại khó xử lý đạt chuẩn hơn ion sắt?

Mangan có thế oxy hóa khử cao hơn sắt nên chỉ kết tủa hoàn toàn thành hydroxit khi môi trường đạt độ pH kiềm mạnh từ 9,5 trở lên, trong khi sắt đã kết tủa hoàn toàn ở mức pH từ 6,5 đến 7,5. Nếu trạm chỉ nâng pH đến ngưỡng trung hòa để khử sắt thì mangan vẫn tồn tại ở dạng hòa tan, bắt buộc phải sử dụng tháp oxy hóa cưỡng bức hoặc bể lọc cát mangan chuyên dụng.

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải mỏ than lộ thiên hiện nay đang vận hành theo nguyên lý nào?

Quy trình công nghệ gồm 5 công đoạn liên hoàn: nước thải từ moong được bơm về hồ điều hòa để lắng cặn sơ bộ; kế tiếp đưa qua bể trung hòa bằng sữa vôi để nâng pH; tiếp tục bổ sung PAC và PAM tại bể keo tụ tạo bông; dẫn qua bể lắng tấm nghiêng lamen để tách bùn; cuối cùng đi qua bình lọc áp lực hoặc bể lọc trọng lực khử mangan trước khi xả ra môi trường.

Điểm khác biệt mấu chốt giúp trạm xử lý mỏ Núi Hồng đạt tiêu chuẩn xả thải cột A là gì?

Trạm xử lý mỏ than Núi Hồng đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A nhờ vận hành hệ thống lắng hai bậc kết hợp làm thoáng oxy hóa cưỡng bức đa cấp và hạ pH sau xử lý bằng axit sunfuric loãng. Thiết kế công nghệ tối ưu này giúp loại bỏ triệt để ion mangan xuống dưới mức 0,5 mg/l và kiểm soát độ đục ổn định hơn so với quy trình lắng một bậc phổ biến tại các mỏ than Quảng Ninh.

Việc tái sử dụng nước thải mỏ sau xử lý mang lại những lợi ích kinh tế và môi trường cụ thể nào?

Tái sử dụng nước thải mỏ giúp ngành than tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí khai thác nước ngầm và mua nước sạch thương phẩm mỗi năm. Hoạt động này cung cấp từ 30.000 đến 50.000 m3 nước sạch mỗi ngày cho các xưởng tuyển than, rửa xe mỏ, tưới đường dập bụi và bổ sung nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp, giảm thiểu nguy cơ cạn kiệt tài nguyên nước ngọt tại Cẩm Phả và Hạ Long.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước thải tại 4 mỏ than lộ thiên trọng điểm tỉnh Quảng Ninh với 4 chỉ tiêu cốt lõi gồm pH, TSS, Fe và Mn trong chuỗi quan trắc 5 năm từ năm 2018 đến năm 2022.
• Nghiên cứu xác nhận các trạm xử lý nước thải mỏ than Hà Tu giai đoạn 2, Cao Sơn, Tây Nam Đá Mài và Cọc Sáu đều vận hành đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột B với hiệu suất khử cặn lơ lửng và sắt đạt từ 92% đến 98%.
• Đề tài chỉ ra điểm nghẽn kỹ thuật trong khâu khử mangan vào mùa mưa bão và đối chiếu hiệu quả vượt trội của quy trình xử lý đạt cột A tại trạm mỏ Núi Hồng để làm cơ sở cải tiến công nghệ.
• Tác giả đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản trị khả thi gồm oxy hóa cưỡng bức, mở rộng hồ điều hòa, tự động hóa định lượng hóa chất và đầu tư hệ thống màng lọc tuần hoàn.
• Công trình xác lập lộ trình chuyển giao công nghệ làm sạch nước mỏ theo hai giai đoạn chiến lược 2024-2025 và 2025-2030 gắn liền với định hướng kinh tế xanh của tỉnh Quảng Ninh.

Đóng góp chính của luận văn là cung cấp hệ thống số liệu quan trắc thực nghiệm đáng tin cậy và cơ sở khoa học vững chắc giúp ngành than chuyển dịch mô hình từ xả thải thụ động sang quản trị tuần hoàn tài nguyên nước. Trong lộ trình tiếp theo, các mỏ than lộ thiên cần khẩn trương hoàn thành việc lắp đặt hệ thống châm hóa chất tự động trong giai đoạn 2024-2025 và triển khai module màng lọc tinh giai đoạn 2025-2030. Các doanh nghiệp ngành than, nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nước cần tăng cường hợp tác đầu tư công nghệ làm sạch nước nhằm bảo vệ môi trường sinh thái vịnh Hạ Long và xây dựng một nền công nghiệp khai khoáng phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục Cấu trúc luận văn gồm những nội dung chính sau: Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu 1. Tổng quan về khai thác khoáng sản ở nước ta Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản khá đa dạng và phong phú với trên 5000 mỏ, điểm quặng của 60 loại khoáng sản khác nhau; có một số loại khoáng sản quy mô trữ lƣợng đáng kể, tầm cỡ thế giới, có ý nghĩa chiến lƣợc và là nguồn lực để phát triển kinh tế - xã hội đất nƣớc. Điều 53 Hiến pháp năm 2013 khẳng định, tài nguyên khoáng sản là “tài sản công thuộc sở hữu toàn dân, do Nhà nƣớc thống nhất quản lý.

Các tổ chức, cá nhân khi muốn khai khác khoáng sản phải xin giấy phép khai thác; giấy phép khai thác khoáng sản có thời hạn không quá 30 năm và có thể đƣợc gia hạn nhiều lần, nhƣng tổng thời gian gia hạn không quá 20 năm. Tài nguyên khoáng sản nƣớc ta trải dài khắp cả nƣớc, một số loại có trữ lƣợng lớn: Quặng titan trữ lƣợng đạt khoảng 663,15 triệu tấn khoáng vật nặng có ích, quặng bauxite trữ lƣợng và tài nguyên dự báo ở các tỉnh phía Bắc khoảng 88,5 triệu tấn.; than ngoài trữ lƣợng than đã khai thác tính, nếu không tính than thuộc bể Sông Hồng, trữ lƣợng và tài nguyên còn lại là không lớn (khoảng 05 tỉ tấn kể cả tài nguyên dự báo). Ngoài ra, nƣớc ta còn một số khoáng sản kim loại khác nhƣ: quặng đồng, quặng sắt, mangan, antimon, thủy ngân, molipden, felspat, kaolin, sét kalin làm nguyên liệu sứ gốm, đá ốp lát v. đã đƣợc phát hiện, đánh giá tiềm năng tài nguyên, nhƣng tài nguyên các loại khoáng sản này không lớn, phân bố rải rác.

Đối với dầu mỏ và khí đốt, nƣớc ta hiện có 5 bể trầm tích có chứa dầu mỏ và khí đốt; tổng công suất thuỷ điện của nƣớc ta từ 20 triệu đến 30 triệu kW tƣơng đƣơng 260 - 270 tỉ kWh [8]. Tài nguyên khoáng sản nƣớc ta khá phong phú và rất đa dạng về loại hình, để có cái nhìn tổng quan hơn ta chia thành các nhóm nhƣ sau: Nhóm khoáng sản năng lượng gồm có dầu khí, than khoáng, urani và địa nhiệt: Về dầu khí, Việt Nam có tiềm năng dầu khí đáng kể. Tiềm năng và trữ lƣợng dầu khí có khả năng thu hồi của các bể trầm tích Đệ tam của Việt Nam khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lƣợng phát hiện là 1,208 tỷ tấn và trữ lƣợng dầu khí có khả năng thƣơng mại là 814,7 triệu tấn dầu quy đổi. Đến năm 2010, Việt Nam đã khai thác tấn dầu thô thứ 260 triệu.

Với sản lƣợng khai thác dầu khí hàng năm, hiện nay Việt Nam đứng hàng thứ ba ở Đông Nam Á sau Indonesia và Malaysia. Than khoáng, Việt Nam là nƣớc có tiềm năng về than khoáng các loại. Than biến chất thấp ở phần lục địa trong bể than sông Hồng tính đến chiều sâu 1700m có tài nguyên trữ lƣợng đạt 36,960 tỷ tấn. Nếu tính đến độ sâu 3500m thì dự báo tổng tài nguyên than đạt đến 210 tỷ tấn.

Than biến chất trung bình (bitum) đã đƣợc phát hiện ở 3 Thái Nguyên, vùng sông Đà và vùng Nghệ Tĩnh với trữ lƣợng không lớn, chỉ đạt tổng tài nguyên gần 80 triệu tấn. Than biến chất cao (anthracit) phân bố chủ yếu ở các bể than Quảng Ninh, Thái Nguyên, sông Đà, Nông Sơn với tổng tài nguyên đạt trên 18 tỷ tấn.