Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải mỏ than Na Dương
1. Hiện trạng nước thải và công nghệ xử lý mỏ than Na Dương
Hiện nay, nước thải mỏ than Na Dương chủ yếu là nước thải được bơm từ moong khu III vỉa 4 lên mức +280. Chất lượng nước thải từ moong khu III vỉa 4 được thể hiện trong bảng 1. So sánh kết quả theo dõi chất lượng nước moong khu III vỉa 4 với QCVN 24:2009/BTNMT (B), áp dụng với giới hạn nồng độ tối đa cho phép (Cmax) cho thấy:
- Nước thải có tính axit mạnh, giá trị độ pH dao động từ 2,1¸2,36, không đạt QCVN (5,5¸9)
- Hàm lượng sắt (Fe) trong nước thải cao, dao động từ 473,36¸498,05 mg/l, vượt QCVN từ 105,19¸110,67 lần.
STT | Các thông số | Đơn vị | Nước thải moong khu III vỉa 4 mỏ Na Dương | Cmax | QCVN (B) 24:2009/BTNMT | |
Ngày lấy mẫu | ||||||
6/10/2008 | 22/8/2009 | |||||
1 | pH | mgCaCO3/l | 2,36 | 2,10 | - | 5,5¸9 |
2 | Độ cứng toàn phần | mg/l | 730 | 1300 | - | - |
3 | BOD 5 | mg/l | 27,0 | 20,5 | 45 | 50 |
4 | COD | mg/l | 43,90 | 31,39 | 90 | 100 |
5 | NO 2-N | mg/l | 0,206 | 0,301 | - | - |
6 | NO 3 | mg/l | 0,51 | 0,67 | ||
7 | TDS | mg/l | 5270 | 5780 | - | - |
8 | TSS | mg/l | 68 | 60 | 90 | 100 |
9 | SO 42- | mg/l | 5.059,0 | 4.502 | - | - |
10 | Fe | mg/l | 473,36 | 498,05 | 4,5 | 5 |
11 | Mn | mg/l | 9,79 | 8,23 | 0,9 | 1 |
12 | Al | mg/l | 0,018 | 0,018 | - | - |
13 | Pt | mg/l | 0,058 | 0,059 | - | - |
14 | Hg | mg/l | 0,0003 | 0,0003 | 0,009 | 0,01 |
15 | Cd | mg/l | 0,0057 | 0,0068 | 0,009 | 0,01 |
16 | Pb | mg/l | 0,0039 | 0,0047 | 0,045 | 0,5 |
17 | As | mg/l | 0,0059 | 0,0066 | 0,09 | 0,1 |
18 | Dầu mỡ | mg/l | 0,27 | 0,45 | 4,5 | 5 |
19 | Coliform | MNP/100ml | 120 | 206 | 0 | 5.000 |
- Hàm lượng mangan (Mn) dao động từ 8,23¸9,79 mg/l, vượt QCVN từ 9,1¸10,8 lần.
- Các chỉ tiêu còn lại đều đạt QCVN
Như vậy, qua số liệu về hiện trạng nước thải mỏ than Na Dương có thể rút ra nhận xét là các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng, cần xử lý trong nước thải mỏ than Na Dương gồm pH, Fe và Mn.
Hiện tại, mỏ đang thực hiện xử lý theo công nghệ trung hòa nước thải với sữa vôi, lắng cặn bằng hệ thống hồ lắng, theo quy trình như sau: Nước thải từ moong khu III vỉa 4 được bom lên mương dẫn mức +280, tại đây, sữa vôi được tháo trực tiếp vào dòng nước thải và hòa trộn tự nhiên trên mương dẫn với chiều dài khoảng trên 500m rồi vào hồ lắng số 1, tiếp theo, được dẫn qua hồ lắng số 2, sau đó nước tràn được xả ra suối Toòng Già. Khâu cấp sữa vôi vào xử lý đang được tiến hành bằng cách, dùng bơm lấy nước từ đầu xả nước moong vỉa 4 để hòa tan vôi trong các hố tôi vôi đã được chuẩn bị sẵn thành dung dịch sữa vôi sau đó cho chảy vào mương dẫn nước thải. Lượng vôi nhiều hay ít được điều chỉnh bằng kinh nghiệm của người vận hành. Với phương pháp vận hành như trên, hiện nay mỏ chủ yếu mới chỉ kiểm soát nước sau xử lý về độ trong và giá trị pH kiểm tra đạt trên 5,5, các giá trị khác thường biến động rất khó có số liệu để đánh giá do tính chất hoạt động không ổn định của hệ thống. Ngoài ra, khu vực các hồ hiện tại nằm trong phạm vi mở rộng mỏ, đồng thời vị trí này không đáp ứng được việc thu gom xử lý nước tập trung của mỏ trong giai đoạn tới và theo tổng thể dự án. Do đó, để đáp ứng tiêu chuẩn xả thải, công suất xử lý và quy hoạch mỏ cần phải nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải mới phù hợp.
Theo dự án cải tạo, mở rộng mỏ than Na Dương lên công suất 1,2 triệu tấn/năm, với thời gian tồn tại mỏ khoảng 50 năm đang được xây dựng cho thấy, lượng nước thải mỏ bơm từ các khai trường trong những năm tới khoảng 1.000m 3/h và giai đoạn sau có thể lên tới trên 2.000m 3/h. Do vậy, khi đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải mỏ sẽ có tính đến quy hoạch để có thể nâng công suất của hệ thống, đủ khả năng xử lý khi lưu lượng nước thải của mỏ tăng. Tính chất nước thải của mỏ than Na Dương trong giai đoạn tới được dự báo sẽ không có biến động lớn, các chỉ tiêu ô nhiễm được xác định là pH, TSS, Fe, Mn.
2. Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp
Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải mỏ than Na Dương đã được Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin xem xét trên quy trình chung về xử lý nước thải mỏ có tính axit gồm 4 công đoạn chính là: 1- trung hòa nước thải; 2- ô xi hóa sắt và mangan; 3- lắng cặn; 4- xử lý bùn. Để lựa chọn giải pháp tối ưu, Viện đã tiến hành nhiều thí nghiệm để lựa chọn hóa chất trung hòa như sữa vôi, Na 2CO 3, NaOH, kết hợp giữa sữa vôi và Na 2CO 3. Kết quả xử lý thử nghiệm trong phòng thí nghiệm (bảng 2) cho thấy:
- Thử nghiệm chỉ dùng sữa vôi để điều chỉnh pH và kết hợp chất keo tụ
Với thử nghiệm này giải quyết được chỉ tiêu pH của nước thải và các chỉ tiêu đặc trưng khác như Fe, Mn. Tuy nhiên, xảy ra hiện tượng tạo cặn CaSO 4sau 01 ngày lưu nước. Do vậy, nếu chỉ sử dụng giải pháp sữa vôi làm chất điều chỉnh pH thì cần phải có giải pháp thúc đầy nhanh quá trình hình thành kết tủa CaSO 4, hoặc phải có hồ lưu nước đáp ứng thời gian phản ứng.
- Thử nghiệm dùng sữa vôi kết hợp với Na 2CO 3để điều chỉnh pH, kết hợp chất keo tụ
Thử nghiệm đã giải quyết được tất cả các chỉ tiêu cần xử lý. Đặc biệt là giải quyết được vấn đề không sinh ra cặn lắng lớn sau 24 giờ xử lý, do sữa vôi và Na 2CO 3đều là chất kiềm, ngoài ra khi sử dụng hỗn hợp này sẽ tạo phản ứng kết tủa giữa Ca 2+và CO 32-thành CaCO 3, cặn này được lắng ngay cùng với các chất rắn lửng khác.
Thử nghiệm dùng NaOH để điều chỉnh pH kết hợp chất keo tụ
Khi dùng NaOH để điều chỉnh pH của nước thải mỏ Na Dương, cũng đã giải quyết được hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm đồng thời không xuất hiện kết tủa CaSO 4chậm.
Về khâu ô xi hóa Fe, Mn: Thông thường với đặc thù có hàm lượng Fe, Mn cao cần phải áp dụng các giải pháp để xử lý riêng biệt như sục khí hay sử dụng các chất ô xi hóa như KmnO 4, Ôzôn,…
Tuy nhiên, đối với đặc tính của nước thải mỏ than Na Dương trong quá trình thử nghiệm với các loại hóa chất trung hòa như: sữa vôi, sữa vôi kết hợp với Na 2CO 3, NaOH sau đó dùng keo tụ để lắng cặn thì các mẫu nước thải đầu ra đều có giá trị Mn đạt tiêu chuẩn cho phép (trong điều kiện môi trường ph 7-8). Do đó, khâu xử lý Fe, Mn không cần có giải pháp riêng mà được phối hợp với giải pháp trung hòa và kết tủa.
Về khâu lắng cặn: Sử dụng chất keo tụ dạng polime và hệ thống bể lắng có gạt bùn bằng cơ khí để lắng và thu bùn cặn.
Khâu xử lý bùn: Do hàm lượng than trong nước thải thấp, hàm lượng Fe, Mn nhiều, vì vậy khả năng tái sử dụng bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải mỏ than Na Dương thấp. Giải pháp hợp lý để xử lý bùn thải là sử dụng bề nén bùn để tách bớt nước của bùn sau đó vận chuyển, chôn lấp vào trung tâm của bãi thải đất đá mỏ để giảm khả năng phát tán ra môi trường.
Từ các thử nghiệm trên có thể thấy, việc áp dụng giải pháp trung hòa và kết hợp keo tụ có thể xử lý được nước thải mỏ than Na Dương mà không cần phải khâu xử lý Mn riêng biệt (giá trị pH trung hòa an toàn là 7,8). Tùy theo điều kiện về đầu tư, khả năng đáp ứng được chi phí vận hành mà có thể lựa chọn các giải pháp trên.
Qua nghiên cứu, phân tích chi tiết về chi phí đầu tư và vận hành theo điều kiện của Tập đoàn và Công ry than Na Dương. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thải mỏ than Na Dương như sơ đồ hình 1. Sơ đồ công nghệ đề xuất dựa trên phương pháp thử nghiệm trung hòa bằng sữa vôi kết hợp với chất keo tụ để lắng và giải quyết vấn đề kết tủa CaSO 4bằng hồ lắng tự nhiên.
3. Một số trao đổi, thảo luận
- Về vấn đề tái sử dụng nước sau xử lý: Tái sử dụng nước từ hệ thống xử lý nước thải là vấn đề cần phải xem xét trong các hệ thống xử lý nước thải mỏ. Tuy nhiên, tùy trường hợp cụ thể, cần có những phân tích thực trạng, nhu cầu, yêu cầu cấp nước của khu vực và khả năng đáp ứng về khối lượng, chất lượng của hệ thống xử lý nước thải để có quyết định đầu tư hợp lý. Thực trạng cho thấy, nguồn nước phục vụ nhu cầu dân sinh và nhà máy nhiệt điện hiện tại được lấy từ hồ Nà Cáy tương đối ổn định. Nên chăng đầu tư nâng cấp khả năng xử lý cho trạm xử lý nước sinh hoạt từ nước mặt thay vì đầu tư trạm xử lý nước sau hệ thống xử lý nước thải mỏ than Na Dương thành nước cấp. Lý do thứ nhất, do công nghệ lựa chọn xử lý nước thải mỏ than Na Dương được chọn theo hướng sử dụng sữa vôi nên nước sau xử lý sẽ có độ cứng cao. Vì vậy, để đảm bảo tiêu chuẩn nước cấp công nghiệp, sinh hoạt cần phải tiến hành khâu quan trọng là khử độ cứng của nước (đặc biệt là khi đặt mục tiêu cấp cho nhà máy nhiệt điện) và sẽ tốn kém hơn nhiều so với xử lý nước lấy từ hồ tự nhiên trong khu vực. Lý do thứ hai, nhu cầu cấp nước cho nhà máy nhiệt điện là nhu cầu thường xuyên, liên tục, ổn định, trong khi vấn đề xử lý nước, thoát nước mỏ không phải lúc nào cũng thường xuyên, liên tục.
- Về giải pháp công nghệ xử lý: Qua khảo sát thực tế và tiến hành thử nghiệm xử lý nước thải mỏ than Na Dương trong phòng thí nghiệm, Tập đoàn Kubota (Nhật Bản) đã đề xuất hướng công nghệ xử lý như sơ đồ hình 2. Giá trị pH trung hòa tối ưu được đề xuất là từ 8-9.
Như vậy, qua sơ đồ 1 và sơ đồ 2, hướng công nghệ đề xuất cho xử lý nước thải mỏ than Na Dương của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin và Kubota tương đối giống nhau. Tuy nhiên, với sơ đồ công nghệ hình 2, khi triển khai dây chuyền sẽ đầu tư hệ thống kiểm soát cấp hóa chất phản ứng, kiểm soát chất lượng phản ứng, kiểm soát chất lượng nước xử lý tốt hơn so với sơ đồ hình 1 và theo đó, chi phí đầu tư của hệ thống theo sơ đồ hình 2 sẽ cao hơn nhiều so với sơ đồ hình 1./.
