Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp khai thác than giữ vai trò huyết mạch trong cơ cấu an ninh năng lượng quốc gia với sản lượng khai thác trung bình toàn quốc đạt khoảng 40 triệu tấn/năm, trong đó hơn 70% tổng sản lượng tập trung tại bể than tỉnh Quảng Ninh. Sự phát triển mạnh mẽ của hoạt động khoáng sản đem lại nguồn động lực kinh tế to lớn, song cũng tạo ra những áp lực sinh thái nghiêm trọng như biến dạng địa hình, xói mòn rửa trôi, ô nhiễm bụi khí quyển và đặc biệt là hiện tượng hình thành dòng axít mỏ mang hàm lượng kim loại nặng vượt ngưỡng. Mỏ than Hồng Thái thuộc Công ty than Uông Bí, nằm trên địa bàn xã Hồng Thái Tây, thị xã Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh với diện tích ranh giới khai trường 4,208 km2 và trữ lượng công nghiệp được cấp phép khai thác đạt 4.000.000 tấn than nguyên khai. Khi doanh nghiệp triển khai dự án đầu tư mở rộng nâng công suất lên mức 500.000 tấn/năm, các xung đột môi trường tự nhiên và xã hội ngày càng gia tăng áp lực lên hệ sinh thái địa phương.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường tự nhiên (không khí, nước, đất), rà soát hiệu quả mô hình tổ chức quản lý môi trường tại khai trường mỏ Hồng Thái, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp công nghệ và quản trị mang tính khả thi cao nhằm tăng cường năng lực kiểm soát ô nhiễm và thực hiện hoàn nguyên sinh thái sau khai thác. Phạm vi không gian nghiên cứu bao trùm toàn bộ các vỉa than từ V42 đến V47 thuộc các tầng lò từ mức +30 đến +475 cùng 3 bãi thải lớn và hệ thống thủy vực lân cận như hồ Khe Ươm (dung tích 540.000 m3). Dữ liệu quan trắc thực địa được thực hiện trong giai đoạn 2010 - 2011 với 2 đợt đo đạc điển hình cho mùa mưa và mùa khô. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc cung cấp bộ chỉ số môi trường chuẩn hóa, giúp doanh nghiệp cắt giảm tải lượng chất ô nhiễm, đảm bảo 100% nguồn nước thải mỏ đạt chuẩn xả thải và hoàn trả diện mạo sinh thái bền vững cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết quản lý môi trường tích hợp trong hoạt động khai khoáng và khung lý thuyết đánh giá chu trình sống của mỏ khoáng sản từ giai đoạn mở vỉa, khai thác, sàng tuyển đến hoàn nguyên đóng cửa mỏ. Mô hình Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) được áp dụng nhằm định lượng mối tương quan giữa các tác nhân phát thải (bụi, tiếng ồn, nước thải axít, chất thải rắn) với các thụ thể môi trường xung quanh. Nghiên cứu vận hành dựa trên 4 khái niệm chuyên ngành then chốt: Quản lý môi trường mỏ hầm lò, Dòng chảy axít mỏ (Acid Mine Drainage - AMD), Nồng độ phát thải tối đa cho phép (Cmax) và Hoàn nguyên sinh thái mỏ.

Khung pháp lý tham chiếu xuyên suốt bao gồm Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, Quyết định số 20/2003/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt quy hoạch phát triển ngành than, Giấy phép khai thác khoáng sản số 2193/GP-BTNMT do Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp, cùng hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chuyên biệt: QCVN 05:2009/BTNMT (chất lượng không khí xung quanh), QCVN 26:2010/BTNMT (tiếng ồn), QCVN 27:2010/BTNMT (độ rung), QCVN 08:2008/BTNMT (nước mặt), QCVN 24:2009/BTNMT (nước thải công nghiệp), QCVN 01:2009/BYT (nước ăn uống sinh hoạt) và Tiêu chuẩn Vệ sinh Lao động 3733/2002/QĐ-BYT.

Phương pháp nghiên cứu

Để bảo đảm tính khách quan và khoa học, nghiên cứu sử dụng hệ thống dữ liệu kết hợp giữa phương pháp thống kê tài liệu thứ cấp và khảo sát thực địa chuyên sâu:

  • Cỡ mẫu và thiết kế mạng lưới quan trắc: Mạng lưới thu thập mẫu được thiết kế đại diện cho toàn bộ các khâu sản xuất, bao gồm 15 điểm đo chất lượng không khí, vi khí hậu và tiếng ồn (K1 - K15), 3 điểm quan trắc nước mặt tự nhiên (NM1 - NM3 tại suối Khe Cạn và hồ Khe Ươm), 5 vị trí nước thải mỏ hầm lò và trạm xử lý (NT1 - NT5 tại các mức +251, +248, +125, +30), 2 điểm nước sinh hoạt công nhân (NSH1 - NSH2) và 4 mẫu đất phân tích thổ nhưỡng tại 2 bãi thải trọng điểm (Đ1 - Đ4).
  • Phương pháp chọn mẫu: Áp dụng kỹ thuật lấy mẫu hỗn hợp có chủ đích theo không gian phát thải trọng điểm và vùng đệm nhạy cảm, thực hiện trong 2 đợt đo đạc độc lập (Đợt I từ ngày 08 - 09/10/2010 đại diện mùa mưa; Đợt II từ ngày 23 - 25/02/2011 đại diện mùa khô).
  • Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn: Toàn bộ mẫu nước, không khí và đất được phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn VILAS theo các phương pháp TCVN và Standard Methods (APHA). Việc lựa chọn phương pháp phân tích hóa lý trực tiếp kết hợp đánh giá chỉ số Cmax giúp nhận diện chính xác tải lượng chất ô nhiễm thực tế, loại trừ các biến động thời tiết cục bộ và phản ánh đúng bản chất tác động môi trường mỏ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích từ các đợt quan trắc thực nghiệm tại mỏ than Hồng Thái ghi nhận các phát hiện môi trường nổi bật sau:

  • Chất lượng không khí và môi trường vật lý: Hàm lượng bụi lơ lửng tại khu vực mặt bằng các cửa lò dao động từ 0,29 đến 0,45 mg/m3, dọc tuyến đường vận chuyển than mức +30 về nhà sàng đạt từ 0,46 đến 0,51 mg/m3, đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVSLĐ 3733-2002. Tuy nhiên, mức áp suất âm thanh (tiếng ồn) dọc tuyến vận chuyển than từ +30 về nhà sàng đo được là 88 dB (Đợt I) và 89 dB (Đợt II), vượt ngưỡng tiêu chuẩn vệ sinh lao động từ 3,5% đến 4,7% (ngưỡng giới hạn 85 dB). Độ rung tại toàn bộ các điểm đo dao động trong khoảng 0,003 - 0,017 m/s2, đạt quy chuẩn QCVN 27:2010/BTNMT (dưới 0,030 m/s2).
  • Ô nhiễm nước thải mỏ hầm lò: Nước thải chưa qua xử lý tại các cửa lò bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và các kim loại nặng Sắt (Fe), Mangan (Mn). Điển hình tại cửa lò mức XV +125, nồng độ Fe đạt từ 29,4 đến 33,28 mg/l (vượt từ 5,93 đến 6,72 lần quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT loại B); nồng độ Mn đạt 1,82 đến 10,34 mg/l (vượt tới 10,35 lần); nồng độ COD đạt 144,0 đến 164,8 mg/l (vượt 1,44 đến 1,65 lần). Tại cửa lò +251 V46, nước bị axit hóa rõ rệt với độ pH chỉ đạt 4,7 - 5,1 (thấp hơn ngưỡng cho phép 5,5 - 9,0).
  • Hiệu quả xử lý nước thải và chất lượng nước mặt: Nước thải sau khi qua Trạm xử lý nước thải công nghệ cơ học - hóa lý tại mức +125 (NT5) cho kết quả rất khả quan: pH đạt 6,2 - 6,3; hàm lượng TSS giảm mạnh xuống còn 5 - 88 mg/l (đạt chuẩn); Fe giảm xuống 4,83 - 4,91 mg/l (đạt chuẩn); Mn giảm về 0,75 - 0,87 mg/l (đạt chuẩn). Đối với nguồn nước mặt hồ Khe Ươm (NM2, NM3), các chỉ tiêu hóa lý đều đạt QCVN 08:2008/BTNMT loại B1 với pH từ 5,6 đến 5,9.
  • Hiện trạng môi trường đất và chất thải rắn: Đất tại các bãi thải mỏ có độ pH(KCl) từ 5,38 đến 5,57 (thuộc nhóm chua nhẹ), nghèo dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ tổng số chỉ đạt 0,062 - 0,071% (thấp hơn giá trị trung bình 0,072% của đất xám bạc màu Việt Nam), hàm lượng Photpho tổng số dao động 0,115 - 0,138%. Tổng lượng đất đá thải phát sinh trong quá trình khai thác hầm lò là khoảng 40.996,5 m3/năm và khai thác lộ vỉa khoảng 100.000 m3/năm, cùng 700 kg rác thải sinh hoạt mỗi ngày.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi gây ô nhiễm kim loại nặng và axit hóa nước thải mỏ xuất phát từ cấu trúc địa chất chứa nhiều khoáng vật sunfua (như FeS2). Khi các đường lò mở rộng, khoáng vật tiếp xúc với oxy và nước ngầm tạo thành axit sulfuric, hòa tan các khoáng chất chứa sắt và mangan vào dòng nước rỉ lò.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh nồng độ kim loại trước và sau xử lý tại các cửa lò, minh chứng nồng độ Fe giảm trên 84% sau khi qua trạm xử lý nước thải mức +125. Bên cạnh đó, một bảng ma trận đánh giá tương quan giữa lưu lượng mưa theo mùa và độ đục của nước mặt hồ Khe Ươm sẽ làm rõ cơ chế cuốn trôi bùn than trong mùa mưa bão. So với các khu mỏ lân cận tại vùng than Uông Bí, nồng độ ô nhiễm bụi tại mỏ Hồng Thái được kiểm soát tương đối tốt do địa hình đồi núi che chắn và mật độ cây bụi xung quanh, nhưng vấn đề kiểm soát tiếng ồn thiết bị cơ giới nặng dọc cung đường vận chuyển than đòi hỏi các rào cản kỹ thuật bổ sung.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đánh giá thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ:

  • Nâng cấp và tự động hóa hệ thống xử lý nước thải mỏ: Đầu tư mở rộng trạm xử lý nước thải khu Đông và khu Tràng Khê với công suất thiết kế 1.200 m3/ngày đêm, áp dụng quy trình keo tụ bằng vôi sữa và PAC kết hợp lắng bùn trọng lực. Target metric: 100% lưu lượng nước thải đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT loại B và tái sử dụng 50% lượng nước đã xử lý cho hệ thống dập bụi. Timeline: Thực hiện trong 12 tháng. Chủ thể: Phòng Kỹ thuật Công nghệ phối hợp Phân xưởng Môi trường - Xây dựng.
  • Kiểm soát bụi và tiếng ồn tại nguồn: Lắp đặt hệ thống bua nước trong khoan nổ mìn tại 100% gương lò chợ; trang bị dàn phun sương áp suất cao tại nhà máy sàng tuyển than và trạm dỡ tải. Target metric: Giảm từ 40% đến 50% nồng độ bụi phát tán và hạ mức ồn trên tuyến đường vận chuyển mức +30 xuống dưới ngưỡng 85 dB. Timeline: Hoàn thành trong 6 tháng. Chủ thể: Phân xưởng Khai thác và Vận tải.
  • Hoàn nguyên sinh thái và cải tạo bãi thải: Thực hiện san gạt, hạ độ cao, cắt tầng ổn định mái dốc tại bãi thải số 3 và bãi thải mức +125 với tổng khối lượng đất đá điều phối trên 140.000 m3; bón vôi khử chua đất kết hợp trồng cây keo lai, cỏ Vetiver chống xói mòn trên diện tích 15 ha sườn tầng. Target metric: Đạt độ che phủ thảm thực vật trên 80% sau 24 tháng. Timeline: Giai đoạn 2013 - 2015. Chủ thể: Công ty than Hồng Thái phối hợp Viện Khoa học Công nghệ Mỏ.
  • Kiện toàn cơ cấu tổ chức và giám sát môi trường: Nâng cấp bộ máy quản lý môi trường từ 4 chuyên viên chuyên trách lên 8 kỹ sư môi trường chuyên sâu; ban hành quy chế thưởng phạt bảo vệ môi trường liên phân xưởng; định kỳ thực hiện quan trắc 4 đợt/năm. Target metric: 100% sự cố môi trường và rò rỉ nước thải được phát hiện, xử lý trong vòng 2 giờ. Timeline: Triển khai ngay trong quý tiếp theo. Chủ thể: Ban Giám đốc Công ty than Hồng Thái.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao, là tài liệu tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng sau:

  • Ban lãnh đạo và kỹ sư môi trường tại các doanh nghiệp khai khoáng: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về quy trình vận hành trạm xử lý nước thải hầm lò, phương pháp sử dụng bua nước giảm bụi nổ mìn và kinh nghiệm quản lý bãi thải đất đá mỏ.
  • Cán bộ quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Giúp các cơ quan quản lý tại địa phương có thêm cơ sở dữ liệu thực nghiệm để xây dựng quy chuẩn giám sát định kỳ, thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và phê duyệt đề án đóng cửa mỏ than.
  • Các đơn vị tư vấn và thiết kế công trình mỏ: Ứng dụng số liệu tính toán khối lượng xây bịt cửa lò, xây tường chắn cách ly và thiết kế hệ thống mương gom nước chảy tràn vào các đồ án quy hoạch mỏ tương tự.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành môi trường: Cung cấp nguồn tài liệu học thuật chuẩn mực về phương pháp khảo sát quan trắc thực địa, xử lý số liệu hóa lý đất - nước - không khí và mô hình quản lý môi trường ngành công nghiệp nặng.

Câu hỏi thường gặp

  • Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải mỏ than Hồng Thái là gì? Nguyên nhân chủ yếu do quá trình khai thác hầm lò làm lộ các tầng địa chất chứa khoáng vật pyrit và sunfua kim loại. Dưới tác động oxy hóa của không khí và nước ngầm, axit sulfuric được hình thành, hòa tan sắt và mangan với nồng độ cao vào dòng nước rỉ lò (Fe đạt tới 33,28 mg/l).

  • Hệ thống xử lý nước thải mức +125 tại mỏ than Hồng Thái đạt hiệu quả như thế nào? Hệ thống xử lý nước thải +125 vận hành hiệu quả qua quy trình keo tụ, lắng lọc và trung hòa axit. Kết quả kiểm định cho thấy nồng độ TSS giảm từ 170 mg/l xuống 5 - 88 mg/l, sắt tổng số giảm từ trên 29 mg/l về dưới 4,91 mg/l, đưa toàn bộ chỉ tiêu đạt quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT.

  • Vì sao mức độ tiếng ồn trên tuyến đường vận chuyển than từ +30 về nhà sàng lại vượt chuẩn? Mức ồn tại đây đo được từ 88 đến 89 dB (vượt tiêu chuẩn an toàn lao động 3 - 4 dB) do mật độ xe tải hạng nặng di chuyển liên tục trên cung đường dốc kết hợp với hoạt động của máy xúc, máy gạt và băng chuyền cơ khí chưa được bọc tiêu âm chuyên dụng.

  • Đặc điểm thổ nhưỡng tại các bãi thải mỏ Hồng Thái đặt ra thách thức gì cho công tác trồng cây hoàn nguyên? Đất bãi thải có tính chua nhẹ với pH(KCl) từ 5,38 đến 5,57, hàm lượng Nitơ tổng số rất nghèo chỉ đạt 0,062 - 0,071% và hàm lượng mùn thấp. Do đó, công tác hoàn nguyên bắt buộc phải tiến hành bón vôi cải tạo độ chua, bổ sung phân vi sinh và lựa chọn các loài cây tiên phong như keo lai.

  • Kế hoạch hoàn nguyên các công trình hầm lò khi đóng cửa mỏ bao gồm những hạng mục chính nào? Quy trình đóng cửa mỏ bao gồm xây bịt kín các cửa lò bằng tường chắn bê tông cách ly kiên cố, bơm lấp đất đá vào các đoạn lò rỗng, tháo dỡ toàn bộ công trình cơ khí mặt bằng và phủ xanh thảm thực vật nhằm phục hồi nguyên trạng cảnh quan sinh thái ban đầu.

Kết luận

  • Đề tài đã phản ánh bức tranh hiện trạng môi trường toàn diện tại mỏ than Hồng Thái qua hệ thống số liệu quan trắc không khí, nước mặt, nước ngầm và thổ nhưỡng bãi thải trong hai mùa mưa khô.
  • Nghiên cứu chỉ ra các điểm nóng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nồng độ Fe, Mn và BOD trong nước thải hầm lò mức +125 cùng hiện tượng ô nhiễm tiếng ồn vượt ngưỡng tại tuyến vận chuyển than.
  • Đánh giá khách quan hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp của trạm xử lý mức +125, khẳng định vai trò sống còn của hạ tầng kỹ thuật trong việc kiểm soát dòng thải mỏ đạt chuẩn trước khi xả ra lưu vực hồ Khe Ươm.
  • Đóng góp hệ thống giải pháp kỹ thuật công nghệ tiên tiến như bua nước nổ mìn, phun sương cao áp kết hợp mô hình hoàn nguyên sinh thái bằng cây keo lai trên diện tích 15 ha bãi thải.
  • Cung cấp mô hình tổ chức quản lý môi trường chuyên trách, làm cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho các đề án nâng công suất và đóng cửa mỏ khoáng sản tại bể than Quảng Ninh.

Doanh nghiệp cần nhanh chóng triển khai lộ trình đầu tư công nghệ theo kế hoạch giai đoạn 2013 - 2015, định kỳ quan trắc và hoàn thiện quy trình hoàn nguyên để hướng tới mục tiêu phát triển ngành mỏ xanh và bền vững. Hãy liên hệ với đơn vị tư vấn và viện nghiên cứu chuyên ngành để nhận bộ tài liệu kỹ thuật chi tiết cùng giải pháp thiết kế trạm xử lý nước thải mỏ tiêu chuẩn.