Quỏ trỡnh khảo sỏt, điều tra ban đầu đó xỏc định một số yếu tố chớnh dẫn đến ụ nhiễm mụi trường do cỏc hoạt động khai thỏc khoỏng sản gõy ra tại khu vực nghiờn cứu như sau:
1.4.1. Cỏc yếu tố tự nhiờn
Cỏc yếu tố tự nhiờn đúng vai trũ là tiền đề phỏt sinh ụ nhiễm hoặc làm tăng ụ nhiễm mụi trường. Thuộc nhúm nguyờn nhõn này trước hết là do cỏc vựng khai thỏc khoỏng sản cú đặc điểm địa hỡnh sườn dốc, phõn cắt mạnh, độ che phủ thấp. Đõy là yếu tố tạo điều kiện thuận lợi để cỏc nguồn thải từ hoạt động khai thỏc mỏ dễ vận chuyển theo sườn nỳi, phỏt tỏn nhanh và lan tỏa rộng. Thực tế kết quả điều tra cho thấy cỏc mỏ khai thỏc khoỏng sản ở địa hỡnh đồi nỳi phõn cắt, sườn dốc đều gõy ụ nhiễm nghiờm trọng hoặc đặc biệt nghiờm trọng, điển hỡnh như cỏc mỏ khai thỏc chỡ - kẽm, mangan, thiếc gốc, đỏ vụi trắng...
Đặc điểm sụng suối phỏt triển nhưng dũng chảy ngắn, dốc, một số nơi phỏt triển cỏc dũng chảy ngầm trong cỏc hang hốc karst, kết hợp điều kiện khớ hậu khắc nghiệt, mưa nhiều và khụng đều là yếu tố tỏc động mạnh đến mụi trường. Ở cỏc vựng khai thỏc khoỏng sản, làm gia tăng mức độ ụ nhiễm ở nhiều nơi. Tại cỏc mỏ khai thỏc khoỏng sản đó điều tra ở vựng Quỳ Hợp, phụ cận thị xó Hồng Lĩnh, Đức Thọ - Can Lộc... cho thấy sau cỏc đợt mưa lớn, diện tớch và mức độ ụ nhiễm mụi trường nước mặt, nước ngầm lại lan rộng và khú kiểm soỏt hơn.
Ngoài ra, do chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hoạt động kiến tạo, đặc biệt là hoạt động đứt gẫy, đất đỏ tại nhiều vựng khai thỏc khoỏng sản bị vũ nhàu, dập vỡ và phong hoỏ mạnh mẽ, cũng đó tỏc động, làm gia tăng mức độ ụ nhiễm mụi trường cựng cỏc biểu hiện tai biến địa chất. Đặc điểm phõn bố khoỏng sản trong cỏc mỏ phức tạp, hàm lượng chất cú ớch khụng cao, khả năng chịu tuyển tỏch thấp... cũng là khú khăn cho khai thỏc, gõy tổn thất khoỏng sản và ụ nhiễm mụi trường, như cỏc mỏ thiếc gốc, chỡ kẽm...
1.4.2. Cỏc yếu tố nhõn sinh
Cỏc yếu tố tự nhiờn cú vai trũ là tiền đề phỏt sinh ụ nhiễm mụi trường, nhưng cỏc nguyờn nhõn nhõn sinh lại là yếu tố trực tiếp, quan trọng nhất gõy ụ nhiễm mụi trường tại cỏc mỏ khai thỏc khoỏng sản. Kết quả khảo sỏt, điều tra đó xỏc định cỏc nguyờn nhõn nhõn sinh cơ bản sau:
a. Cụng nghệ khai thỏc, chế biến khoỏng sản
Hầu hết cụng nghệ khai thỏc, chế biến khoỏng sản sử dụng trong khai thỏc, chế biến khoỏng sản trong khu vực cũn lạc hậu, cụ thể:
- Đầu tư khai thỏc chủ yếu ở quy mụ nhỏ, thiếu đồng bộ, trang thiết bị khai thỏc cũ kỹ, lạc hậu như khai thỏc đỏ vụi trắng vựng Quỳ Hợp, đỏ vụi xi măng vựng Anh Sơn, đỏ xõy dựng vựng Quỳnh Lưu...
- Phương phỏp khai thỏc chủ yếu thủ cụng, thủ cụng kết hợp cơ giới, khụng cú bộ phận thu hồi chất thải như khai thỏc thiếc, chỡ, kẽm, mangan...
- Cụng nghệ chế biến, tuyển tỏch lạc hậu, thất thoỏt khoỏng sản, gõy ụ nhiễm mụi trường như cỏc nhà mỏy sản xuất xi măng vựng Anh Sơn, chế biến sõu khoỏng sản mangan.
- Một số nhà mỏy, xưởng chế biến nằm xa mỏ, cung đường vận chuyển nguyờn liệu đi xa, rơi vói dọc đường gõy ụ nhiễm như sột gạch ngúi vựng phụ cận thành phố Vinh,đỏ vụi trắng dựng chế biến đỏ ốp lỏt, chế biến sõu mangan, ilmenit...
- Cỏc mỏ khai thỏc gần khu dõn cư... gần trục đường giao thụng như đỏ vụi trắng vựng Quỳ Hợp (Chõu Lộc, Chõu Hồng...), đỏ xõy dựng vựng Quỳnh Lưu, phụ cận thị xó Hồng Lĩnh, vựng Hương Khờ...
b. Chưa thực hiện tốt cụng tỏc bảo vệ mụi trường vựng khai thỏc khoỏng sản
- Chủ mỏ thực hiện chưa tốt ĐTM cam kết BVMT như khai thỏc và chế biến đỏ vụi trắng, chế biến thiếc vựng Quỳ Hợp; đỏ xõy dựng vựng Quỳnh Lưu, phụ cận thị xó Hồng Lĩnh, vựng Hương Khờ; khai thỏc, chế biến khoỏng sản mangan vựng Đức Thọ - Can Lộc, Phớa Tõy Thành phố Hà Tĩnh...
- Xả thải trực tiếp ra mụi trường chưa qua xử lý.
- Chưa thực hiện tốt cụng tỏc hoàn thổ, khụi phục mụi trường khi ngừng khai thỏc, chế biến.
c. Cụng tỏc quản lý Nhà nước về khoỏng sản cũn nhiều bất cập
- Cụng tỏc cấp phộp khai thỏc khoỏng sản tuy đó thực hiện theo quy hoạch, kế hoạch được phờ duyệt, nhưng số mỏ cấp phộp quỏ nhiều, phõn tỏn, diện tớch nhỏ, cụng suất khai thỏc thấp…
- Cụng tỏc thanh, kiểm tra hoạt động khoỏng sản tuy đó cú nhiều cố gắng nhưng chưa thường xuyờn. Một số mỏ nằm ở vựng địa hỡnh khú đi lại, lực lượng kiểm tra mỏng...
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ễ NHIỄM 2.1. Cỏc khỏi niệm sử dụng
2.1.1. Một số khỏi niệm
- Theo quy định của phỏp luật về Khoỏng sản (Điều 2, Luật Khoỏng sản) thỡ:
Hoạt động khoỏng sản bao gồm hoạt động thăm dũ khoỏng sản, hoạt động khai thỏc
khoỏng sản.
+ Thăm dũ khoỏng sản là hoạt động nhằm xỏc định trữ lượng, chất lượng
khoỏng sản và cỏc thụng tin khỏc phục vụ khai thỏc khoỏng sản.
+ Khai thỏc khoỏng sản là hoạt động nhằm thu hồi khoỏng sản, bao gồm xõy
dựng cơ bản mỏ, khai đào, phõn loại, làm giàu và cỏc hoạt động khỏc cú liờn quan. - Tai biến mụi trường: Tai biến mụi trường là biểu hiện về điều kiện, hoàn
cảnh, hiện tượng, vụ việc hoặc quỏ trỡnh, được xuất hiện, diễn biến trong thiờn nhiờn, trong xó hội, cú tiềm năng gõy hại, gõy nguy hiểm đe dọa đối với an toàn sức khỏe, tớnh mạng con người, tài sản kinh tế, tài sản văn húa – xó hội của một bộ phận cộng đồng loài người, hoặc cú nguy cơ đe dọa, thậm chớ phỏ vỡ tớnh ổn định, an toàn một bộ phận, cho đến toàn cục mang tớnh hệ thống mụi trường tự nhiờn, mụi trường văn húa xó hội và mụi trường nhõn sinh (Mai Trọng Nhuận, 2009; Mai Trọng Nhuận và nnk., 2011).
- Tai biến mụi trường trong hoạt động khoỏng sản là cỏc dạng tai biến mụi
trường nờu trờn được xuất hiện, diễn biến cú liờn quan hoạt động thăm dũ, khai thỏc và chế biến khoỏng sản (Nguyễn Phương và nnk., 2013).
- Đối tượng dễ bị tổn thương là những cộng đồng, hệ thống mụi trường hoặc
cơ sở hạ tầng khiến cho cộng đồng, hệ thống mụi trường hoặc cơ sở hạ tầng đú dễ bị ảnh hưởng bởi cỏc tỏc động do tai biến gõy ra.
- Rủi ro mụi trường là khả năng cỏc điều kiện mụi trường bị thay đổi bởi cỏc
hoạt động của con người cú thể gõy ra cỏc tỏc động cú hại cho một đối tượng nào đú. Cỏc đối tượng bao gồm sức khỏe, tớnh mạng của con người, của hệ sinh thỏi (loài, sinh cảnh, tài nguyờn...) và xó hội (cỏc nhúm cộng đồng, cỏc loại hỡnh hoạt động...)
(Lờ Thị Hồng Trõn, 2008). Rủi ro mụi trường là cỏc mối đe dọa thực tế hoặc tiềm ẩn tỏc động lờn cỏc sinh vật sống và mụi trường thụng qua nguồn nước thải, khớ thải, chất thải, hoặc gõy suy giảm tài nguyờn… do hoạt động của một đơn vị (Crawford & Company, 2016).
- Đỏnh giỏ rủi ro là việc đỏnh giỏ cỏc thiệt hại do tai biến gõy ra về người, tài
sản, mụi trường sống, cỏc hoạt động kinh tế, xó hội tại một số cộng đồng trong một khoảng thời gian nhất định.
2.1.2. Cỏc dạng tai biến mụi trường liờn quan đến hoạt động khoỏng sản
Cụng nghiệp khai thỏc khoỏng sản tăng trưởng mới cả về quy mụ và việc ỏp dụng cỏc cụng nghệ tiờn tiến đỏ gúp phần quan trọng vào cụng cuộc đổi mới đất nước. Tuy vậy, hoạt động khoỏng sản đó gõy tiờu cực đến mụi trường, làm cạn kiệt tài nguyờn, gõy ảnh hưởng khụng tốt đến sức khỏe và an toàn của người lao động. Cú nhiều cỏch để phõn chia cỏc dạng tai biến mụi trường liờn quan hoạt động khai thỏc khoỏng sản tuy nhiờn với đặc thự của vựng nghiờn cứu nờn vấn đề tỏc động mụi trường tự nhiờn do hoạt động khai thỏc khoỏng sản được chia ra 3 dạng: Cỏc tai biến vật lý, tai biến húa học và tai biến sinh thỏi (Phạm Tớch Xuõn, 2011).
- Tai biến vật lý:
Cỏc dạng tai biến vật lý liờn quan đến quỏ trỡnh khai thỏc khoỏng sản bao gồm cỏc hiện tượng như đổ lở, trượt tại cỏc moong khai thỏc, lũ bựn đỏ do cỏc bói thải mỏ bị phỏ vỡ....
- Cỏc dạng tai biến húa học:
Với đặc thự là khai thỏc và chế biến đỏ, cỏc dự ỏn khi đi vào hoạt động sẽ phỏt sinh cỏc nguồn ụ nhiễm như bụi và khớ thải phỏt sinh chủ yếu từ cỏc hoạt động của phương tiện vận chuyển, từ quỏ trỡnh nổ mỡn, nghiền sang, bốc xỳc…
Sự phỏ vỡ cấu trỳc của đất đỏ chứa quặng khi tiến hành đào bới và khoan nổ sẽ thỳc đẩy cỏc quỏ trỡnh hoà tan, rửa lũa cỏc thành phần chứa trong quặng và đất đỏ, quỏ trỡnh thỏo khụ mỏ, đổ cỏc chất thải vào nguồn nước, chất thải rắn, bụi thải khụng được quản lý, xử lý chặt chẽ, tham gia vào thành phần nước mưa, nước chảy tràn cung cấp cho nguồn nước tự nhiờn... là những tỏc động hoỏ học làm thay đổi tớnh chất
vật lý và thành phần hoỏ học của nguồn nước xung quanh cỏc khu mỏ. Việc khai thỏc và tuyển quặng vàng phải dựng đến thuốc tuyển chứa Hg, ngoài ra, cỏc nguyờn tố kim loại nặng như asen, antimoan, cỏc loại quặng sunfua, cú thể rửa lũa hoà tan vào nước.
- Cỏc tai biến sinh thỏi liờn quan đến mụi trường:
Hoạt động khai thỏc khoỏng sản và cỏc hoạt động liờn quan ảnh hưởng đến hệ sinh thỏi dưới với mức độ khỏc nhau: Bị phỏ huỷ hoàn toàn hoặc bị ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng và phỏt triển. Khụng những thế, cỏc chất thải của quỏ trỡnh khai thỏc như bụi, khớ thải, chất thải rắn cũng cú ảnh hưởng nhất định tới hệ thực vật khu vực xung quanh do khả năng lan truyền trong mụi trường. Bụi là một trong những tỏc nhõn gõy ụ nhiễm nguy hiểm. Đối với thực vật, bụi lắng đọng trờn lỏ làm giảm khả năng quang hợp của cõy, làm giảm năng suất cõy trồng. Chất thải rắn và khớ độc hại làm ảnh hưởng tới sự sinh sản của cỏc loài động vật. Tiếng ồn và chấn động khi nổ mỡn làm vật nuụi của cỏc gia đỡnh gần khu dự ỏn hoảng sợ. Quỏ trỡnh khai thỏc khoỏng sản chiếm dụng đất nụng nghiệp và lõm nghiệp.
2.2. Cỏc phương phỏp bỏn định lượng
Để đỏnh giỏ về mức độ ụ nhiễm kim loại ở khu vực nghiờn cứu, học viờn đó sử dụng một số chỉ số địa húa tiờu biểu và tiờu chuẩn đỏnh giỏ chất lượng đất và nước. Dưới đõy, học viờn xin phộp đưa ra một số chỉ số địa húa và tiờu chuẩn đỏnh giỏ mụi trường thường dựng.
2.2.1. Chỉ số tớch lũy chất ụ nhiễm (Geoaccumulation Index - Igeo)
Chỉ số tớch lũy chất ụ nhiễm Igeo (hay cũn được gọi là chỉ số tớch lũy địa chất) là thước đo định lượng đỏnh giỏ mức độ ụ nhiễm kim loại trong trầm tớch được đưa ra bởi Muller (1969). Igeo là giỏ trị được tớnh bằng cỏch so sỏnh hàm lượng tổng kim loại cú trong mẫu với giỏ trị nền của kim loại đú, do đú bất cứ sự tăng nào ở cỏc cấp độ hiện tại đều được dự đoỏn là do hoạt động của người tỏc động tới tự nhiờn. Chỉ số này cú cụng thức như sau:
Igeo= log 𝐶𝑛
1,5.𝐵𝑛 (2.1)
Trong đú: Cn: hàm lượng kim loại n trong mẫu (mg/l)
1,5: hệ số được đưa ra để giảm thiểu tỏc động của những thay đổi cú
thể xảy ra đối với giỏ trị nền do những biến đổi về thạch học trong trầm tớch.
Hàm lượng nền chỉ là giỏ trị hàm lượng trung bỡnh của cỏc kim loại trong vỏ Trỏi Đất. Thực tế, ở cỏc địa điểm khỏc nhau hàm lượng kim loại trong đất, đỏ cú thể rất khỏc nhau.
2.2.2. Chỉ số nhiễm bẩn (Contamination Factor - CF)
Chỉ số nhiễm bẩn CF là một trong những chỉ tiờu quan trọng được sử dụng để đỏnh giỏ mức độ ụ nhiễm kim loại trong trầm tớch, từ đú cho thấy tỏc động của mỗi kim loại lờn trầm tớch. Chỉ số CF được tớnh toỏn dựa trờn cụng thức được đưa ra bởi Hakanson (1980) bằng tỷ lệ nồng độ của mỗi kim loại trong trầm tớch nghiờn cứu với cỏc giỏ trị nền của nú:
CF = 𝐶𝑛
𝐵𝑛 (2.2)
Trong đú: Cn: hàm lượng kim loại n trong trầm tớch (mg/l)
Bn: hàm lượng của kim loại n trong vỏ Trỏi Đất (mg/l)
2.2.3. Chỉ số tớch tụ cỏc nguyờn tố (Enrichment Factor - EF)
Chỉ số tớch tụ cỏc nguyờn tố (Enrichment Factor - EF) hay cũn gọi là chỉ số làm giàu cỏc nguyờn tố được đưa ra bởi Liu et al. (2005), dựng để đỏnh giỏ cỏc tỏc động do con người gõy ra đối với mụi trường thụng qua mức độ tớch tụ kim loại cú trong trầm tớch. Chỉ số tớch tụ cỏc nguyờn tố được tớnh bởi cụng thức sau:
EF = [X/Mn]mẫu / [X/Mn]vỏ Trỏi Đất (2.3)
Trong đú: X là nguyờn tố kim loại nghiờn cứu
[X/Mn]mẫu: tỷ lệ hàm lượng của kim loại X với Mn trong mẫu trầm tớch. [X/Mn]vỏ Trỏi Đất: tỷ lệ hàm lượng của kim loại X với Mn trong vỏ Trỏi Đất.
Nguyờn tố được chọn để so sỏnh thường là cỏc nguyờn tố phổ biến và kộm linh động trong tự nhiờn như Al (Chatterjee et al., 2007; Sutherland, 2000), Ti và Fe (Zhang et al., 2007) hoặc Mn (Liu et al., 2005). Trong nghiờn cứu này, cỏc số liệu thu thập được khụng cú cỏc nguyờn tố Al, Fe và Ti, do vậy, học viờn sử dụng nguyờn tố Mn.
2.2.4. Cỏc chỉ số ụ nhiễm tổng hợp
2.2.4.1. Chỉ số mức độ ụ nhiễm (Degree of Contamination - Cd)
Chỉ số mức độ ụ nhiễm (Cd) được đưa ra bởi Hakanson (1980) được xỏc định bằng tổng cỏc nhõn tố CF của tất cả cỏc nguyờn tố kim loại trong cựng một mẫu, từ đú cho phộp đỏnh giỏ mức độ ụ nhiễm của mụi trường khu vực nghiờn cứu.
Cd = m i i CF 1 (2.4) Trong đú: m là số nguyờn tố cú trong mẫu
CF là chỉ số nhiễm bẩn của cỏc nguyờn tố từ 1 đến m trong cựng một mẫu
2.2.4.2. Chỉ số ụ nhiễm (trung bỡnh) (Average Pollution Index - PIAvg)
Chỉ số ụ nhiễm trung bỡnh (PIAvg) đưa ra bởi Bhattacharya et al. (2006) cho phộp đỏnh giỏ chất lượng mụi trường tại cỏc mỏ đó dừng khai thỏc và được tớnh bởi cụng thức sau: m i i Avg CF m PI 1 1 (2.5) Trong đú: m là số nguyờn tố cú trong mẫu
CF là chỉ số nhiễm bẩn của cỏc nguyờn tố từ 1 đến m trong cựng một mẫu
2.2.4.3. Chỉ số tải lượng ụ nhiễm (Pollution Load Index - PLI)
Chỉ số tải lượng ụ nhiễm (PLI) được đưa ra bởi Tomlinson et al.(1980) sử dụng chỉ số nhiễm bẩn của cỏc nguyờn tố kim loại khỏc nhau trong cựng một mẫu để đỏnh giỏ chất lượng tổng thể của trầm tớch. Chỉ số tải lượng ụ nhiễm được tớnh bởi cụng thức sau:
PLI = 𝑛√𝐶𝐹1∗ 𝐶𝐹2∗ ⋯ ∗ 𝐶𝐹𝑛 (2.6)
Trong đú: CF là chỉ số nhiễm bẩn của cỏc nguyờn tố cú trong mẫu
n là số nguyờn tố cú trong mẫu
2.3. Cỏc phương phỏp thống kờ
2.3.1. Phương phỏp phõn tớch thành phần chớnh (Principle Component Analysis - PCA) Analysis - PCA)
Hotelling (1933). PCA là thuật toỏn thống kờ sử dụng phương phỏp biến đổi tuyến tớnh trực giao nhằm chuyển một tập hợp cỏc quan sỏt cú sự tương quan thành tập cỏc giỏ trị tuyến tớnh khụng tương quan được gọi là thành phần chớnh (Principal Component - gọi tắt là PC). Tập hợp quan sỏt với dữ liệu p-chiều được ỏnh xạ sang miền m-chiều (miền con hay khụng gian con cú m thành phần chớnh). Số lượng thành phần chớnh cú thể bằng hoặc ớt hơn cỏc biến ban đầu.
Cú nhiều phương thức toỏn học để tạo thành cỏc PC, song cỏch phổ biến nhất là tỡm ra tập ỏnh xạ m chiều với độ biến thiờn (variance) lớn nhất. Phộp biến đổi được định nghĩa theo cỏch sao cho thành phần chớnh thứ nhất cú sự biến thiờn lớn nhất so với dữ liệu gốc và những thành phần chớnh tiếp theo cú sự biến thiờn lớn nhất tiếp theo với điều kiện cỏc PC này trực giao với nhau. Cỏc PC trực giao hỡnh thành dựa trờn cỏc vectơ riờng (eigenvector) và trị riờng (eigenvalue) của ma trận hiệp phương sai đối xứng. Theo cỏch này, dữ liệu cú thể giảm số chiều song vẫn giữ được phần lớn đặc tớnh dữ liệu ban đầu trong khi khụng cũn sự tương quan giữa cỏc PC, sẽ dễ