Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp khai thác than giữ vị trí then chốt trong việc bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia và cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế trọng điểm. Tại tỉnh Quảng Ninh, khai thác than hầm lò chiếm tỷ trọng sản lượng chủ yếu. Do đặc thù kỹ thuật phải đào sâu xuống lòng đất từ vài chục mét đến hàng trăm mét so với mực nước biển, các mỏ hầm lò làm phát sinh hàng nghìn mét khối nước thải mỗi ngày đêm từ các mạch nước ngầm, nước tàng trữ trong khe nứt đất đá và nước thẩm thấu bề mặt. Nguồn nước này khi thoát ra môi trường tự nhiên mang theo hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, tính axit mạnh và chứa nhiều kim loại nặng hòa tan, gây nguy cơ suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái nước mặt và nước ngầm tại địa phương.

Song song với áp lực xả thải, các đơn vị khai thác hầm lò tập trung số lượng lớn lao động trực tiếp (trung bình từ 700 đến 1.000 công nhân/mỏ). Với định mức cấp nước sinh hoạt và tắm giặt là 250 lít/người/ngày, cùng với nhu cầu nước phục vụ sản xuất và phun sương dập bụi, lượng nước sạch cần sử dụng hàng ngày là rất lớn. Hiện nay, các mỏ than chủ yếu phải mua nước sạch từ mạng lưới cấp nước khu vực; việc vận chuyển nước lên các khai trường đồi núi cao gặp nhiều khó khăn và phát sinh chi phí sản xuất đáng kể. Trong khi đó, các trạm xử lý hiện hữu tại các mỏ mới chỉ xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B ra nguồn tiếp nhận tự nhiên (sông suối) hoặc tận dụng một phần nhỏ để tưới đường dập bụi, chưa có giải pháp xử lý triệt để nhằm tái tuần hoàn cấp cho mục đích sinh hoạt của công nhân.

Từ thực tiễn trên, đề tài khóa luận "Đánh giá chất lượng nước thải hầm lò và đề xuất công nghệ nối tiếp tái tuần hoàn phục vụ cho sinh hoạt tại Công ty TNHH MTV 35 – thành viên trực thuộc Tổng công ty Đông Bắc" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

  • Mục tiêu tổng quát: Đánh giá chất lượng nước thải hầm lò mỏ than của Công ty TNHH MTV 35 nhằm đề xuất công nghệ nối tiếp tái tuần hoàn phục vụ cho sinh hoạt tại công ty.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Tìm hiểu về công nghệ xử lý nước thải của trạm xử lý nước thải hầm lò.
    2. Đánh giá chất lượng nước thải hầm lò của mỏ than Công ty TNHH MTV 35.
    3. Đề xuất công nghệ nối tiếp tái tuần hoàn phục vụ cho sinh hoạt tại công ty.
  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ quá trình khai thác, sản xuất chế biến than tại các khu vực của Công ty TNHH MTV 35 – Tổng công ty Đông Bắc.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Toàn bộ các công trường, khai trường khai thác than hầm lò và trạm xử lý nước thải của Công ty TNHH MTV 35 tại phường Cẩm Thạch, thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh.
    • Thời gian: Nghiên cứu, thu thập số liệu và quan trắc trong thời gian từ tháng 8/2016 đến tháng 12/2016 (lấy mẫu phân tích định kỳ 4 đợt từ tháng 9/2016 đến tháng 12/2016).
    • Nội dung: Đánh giá các chỉ tiêu lý hóa học và vi sinh của nước thải mỏ (pH, TSS, COD, BOD5, dầu mỡ khoáng, Coliform, Fe, Mn, Pb, Cu, Cd, As); đánh giá hiệu quả dây chuyền xử lý bậc 1 hiện có; đề xuất giải pháp công nghệ xử lý bậc 2 để tái cấp nước cho sinh hoạt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở khoa học và cơ chế hình thành nước chua mỏ (AMD)

Khóa luận hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về bản chất nước thải mỏ than hầm lò. Đặc trưng cơ bản của nước mỏ là tính axit cao, nồng độ cặn lơ lửng lớn và chứa nhiều kim loại nặng hòa tan. Quá trình tạo axit trong nước mỏ diễn ra do lưu huỳnh vô cơ tồn tại trong các vỉa than ở dạng khoáng pyrit ($FeS_2$) hoặc chalcopyrit bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí và nước theo chuỗi phản ứng:

$$\text{FeS}_2 + \frac{7}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\text{SO}_4$$

$$2\text{FeSO}_4 + \frac{1}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{O}$$

$$\text{FeS}_2 + \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \rightarrow 3\text{FeSO}_4 + 2\text{S}$$

$$\text{S} + \text{H}_2\text{O} + \frac{3}{2}\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$$

$$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Fe(OH)SO}_4 + \text{H}_2\text{SO}_4$$

Quá trình này được thúc đẩy mạnh mẽ bởi hoạt động xúc tác sinh học của các chủng vi khuẩn hiếu khí ưa axit sử dụng lưu huỳnh làm dinh dưỡng như Thiobacillus ferrooxidans và Thiobacillus thiooxidans. Môi trường axit sinh ra tiếp tục hòa tan các hợp chất sắt, mangan và khoáng vật trong đất đá, làm gia tăng nồng độ ion kim loại và sunfat trong nước. Để xử lý, các công nghệ hiện hành sử dụng nguyên lý trung hòa bằng kiềm ($Ca(OH)_2$), kết hợp oxy hóa sục khí, keo tụ - tạo bông bằng PAC/PAM và lắng lọc trọng lực; giai đoạn nâng cao sử dụng màng siêu lọc UF (Ultrafiltration) hoặc màng Nano để loại bỏ cặn mịn và vi sinh vật.

Cơ sở pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng

  • Luật Bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13, Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Luật Hóa chất số 06/2007/QH12.
  • Nghị định số 201/2013/NĐ-CP hướng dẫn thi hành Luật Tài nguyên nước; Nghị định số 154/2016/NĐ-CP về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
  • Các Thông tư: Thông tư 10/2007/TT-BTNMT về bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường; Thông tư 02/2009/TT-BTNMT về khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước; Thông tư 06/2013/BTNMT; Thông tư liên tịch 63/2013/TTLT-BTC-BTNMT; Thông tư 27/2014/TT-BTNMT.
  • Các văn bản địa phương: Quyết định số 1714/QĐ-UBND (2009) và Quyết định số 3594/QĐ-UBND (2012) của UBND tỉnh Quảng Ninh về quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.
  • Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn đối chiếu: QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, Cột B); QCVN 02:2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt); QCVN 01:2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống); QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn chất lượng nước mặt); TCVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài); TCVN 5999:1995 (Lấy mẫu nước thải).

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu địa chất thủy văn, khí tượng, công nghệ khai thác, nhu cầu nguyên nhiên liệu tại Công ty 35; tổng hợp báo cáo đánh giá hiện trạng hoạt động của các trạm xử lý nước thải thuộc Tổng công ty Đông Bắc và Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV).
  2. Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát mạng lưới thoát nước hầm lò, mương rãnh thu gom nước mưa bề mặt, các bể lắng sơ bộ và toàn bộ cụm công trình trạm xử lý nước thải tại mặt bằng sản xuất mỏ 35.
  3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Thực hiện 4 đợt quan trắc thu mẫu nước thải hầm lò tại cửa lò và hệ thống xử lý vào các ngày 10/09, 08/10, 12/11 và 11/12/2016. Quy trình lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển tuân thủ TCVN 5999:1995 và Thông tư 10/2007/TT-BTNMT (sử dụng bình thủy tinh rửa kiềm/nước cất, tráng 3 lần bằng nước mẫu, dung tích 2 lít/mẫu, bảo quản tối ở nhiệt độ thấp). Mẫu được chuyển tới phòng thí nghiệm của Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường (đạt chuẩn kiểm định theo Nghị định 127 của Bộ TNMT) để phân tích 12 chỉ tiêu: pH, TSS, COD, BOD5, Fe tổng, Mn, Pb, Cu, Cd, As, dầu mỡ khoáng và tổng Coliform.
  4. Phương pháp so sánh: Đối chiếu các thông số quan trắc với ngưỡng giới hạn quy định tại Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT để xác định mức độ ô nhiễm và hiệu quả của hệ thống xử lý.
  5. Phương pháp phân tích tổng hợp, xử lý số liệu: Thống kê, xử lý dữ liệu và dựng biểu đồ diễn biến nồng độ chất ô nhiễm qua các tháng bằng phần mềm tin học văn phòng (Word, Excel).

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Tác giả nêu rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ xung đột giữa lưu lượng xả thải lớn của mỏ hầm lò gây ô nhiễm nguồn nước mặt tại Cẩm Phả với nhu cầu nước sinh hoạt khắt khe của 700 - 1.000 công nhân mỏ. Đặt ra 3 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể, phân tích ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ đặc tính ô nhiễm nước chua mỏ và ý nghĩa thực tiễn trong việc cắt giảm chi phí cấp nước sạch cho đơn vị sản xuất than.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tổng hợp hệ thống lý luận về nước thải công nghiệp mỏ, phân loại 3 nguồn phát sinh chính: nước bơm từ hầm lò, nước moong lộ thiên và nước thải nhà máy sàng tuyển. Trình bày chi tiết cơ chế hóa sinh tạo axit mỏ và vai trò của vi khuẩn Thiobacillus.

Phần này phân tích hiện trạng áp dụng công nghệ xử lý nước thải trong ngành than Việt Nam: đến năm 2009, toàn ngành mới có 9 hệ thống xử lý trên 49 nguồn thải (đạt tỷ lệ 18,3%), trong đó khai thác hầm lò chỉ có 4/22 nguồn được xử lý (18,2%). Tại các mỏ của Tổng công ty Than Đông Bắc, công nghệ phổ biến là xử lý hóa lý: Bể trung hòa sữa vôi $Ca(OH)_2$ kết hợp sục khí $\rightarrow$ Bể keo tụ PAC/PAM $\rightarrow$ Bể lắng thứ cấp (tách bùn qua máy ép) $\rightarrow$ Bể lọc mangan $\rightarrow$ Bể chứa xả ra suối. Đánh giá thực trạng cho thấy nhiều trạm vận hành bán tự động, hiệu quả xử lý TSS, Fe và Mn không ổn định và chỉ dừng lại ở mức xả thải ra môi trường.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác lập đối tượng nghiên cứu là nước thải phát sinh từ mỏ than Công ty 35; giới hạn phạm vi khảo sát từ tháng 8 đến tháng 12/2016. Quy định rõ quy trình lấy mẫu 4 đợt tại cửa lò, phương pháp bảo quản mẫu phân tích 12 chỉ tiêu hóa lý - vi sinh tại phòng thí nghiệm chuyên chuẩn và các phương pháp so sánh đối chiếu quy chuẩn môi trường.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung các nội dung cốt lõi của đề tài:

  • Tổng quan về Công ty TNHH MTV 35: Doanh nghiệp quân đội trực thuộc Tổng công ty Đông Bắc, thành lập ngày 01/04/2007, diện tích khai trường 50 ha tại phường Cẩm Thạch, Cẩm Phả. Địa hình đồi núi phức tạp, đỉnh cao nhất là núi Khe Sím (400 m). Địa chất thủy văn gồm mạng lưới suối chảy về suối Hà Lầm và 2 tầng chứa nước (tầng nước ngầm trên vỉa trụ và tầng nước áp lực dưới vỉa trụ). Quy trình công nghệ khai thác áp dụng lò chợ khấu than theo chiều dài dốc bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng giá thủy lực di động XDY-1T2/LY, giá khung GK/1006/1.4/HT; thông gió hút bằng quạt BDCZ-11; vận tải mức -50 bằng tàu điện ZK-10-6/10KP kết hợp xe goòng 1 tấn; tời trục giếng nghiêng DL 2010-80-6.
  • Hiện trạng tiêu thụ nguyên, nhiên liệu: Khóa luận trích xuất thống kê tiêu hao trong 6 tháng đầu năm 2016 của công ty với các định mức phục vụ khai thác than hầm lò.
TT Tên vật liệu, nhiên liệu Đơn vị tính Định mức Khối lượng công việc Nhu cầu sử dụng
1 Thuốc nổ hầm lò kg/1.000 T 140 605 84.691
2 Gỗ chống lò $m^3$/1.000 T 5,56 605 3.360
3 Thép chống lò kg/m 269,9 8.187 2.210.024
4 Cột, xà chống thủy lực Cái/1.000 T 4,4 499 2.194
5 Máng trượt, máng cào Cái/1.000 T 1,23 605 744,15
6 Mũi khoan than Cái/1.000 T 6,5 605 3.930
7 Dầu Diesel Lít 5.772 - 942.202
8 Xăng Lít/1.000 T 31,68 884 28.021
  • Đánh giá chất lượng nước thải hầm lò chưa qua xử lý: Nước thải phát sinh gồm nước ngầm rò rỉ trong hầm lò kết hợp nước mưa chảy tràn qua kho bãi than (lưu lượng xả thải lớn nhất đạt $840\ m^3/\text{ngày đêm}$). Kết quả phân tích qua 4 đợt chỉ ra nước thải mỏ bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi tính axit, hàm lượng chất rắn lơ lửng, sắt, mangan và COD.
  • Hệ thống thu gom và xử lý hiện hữu: Công ty đã xây dựng mương rãnh kích thước $90 \times 120\text{ cm}$ để tách nước mưa chảy tràn; nước thải hầm lò được bơm thu gom về hố lắng sơ bộ dung tích trên $1.000\ m^3$ để lắng cặn hạt lớn, sau đó dẫn qua mương hở xây gạch kích thước $20 \times 0,7 \times 1,0\text{ m}$ vào trạm xử lý trung hòa - keo tụ - lắng - lọc khử mangan.
  • Đề xuất giải pháp công nghệ nối tiếp: Nước thải sau khi qua trạm xử lý hiện hữu mới chỉ đạt chuẩn xả thải loại B ra suối. Để tái tuần hoàn cấp cho sinh hoạt (tắm, giặt của công nhân), tác giả đề xuất công nghệ xử lý bậc 2 sử dụng hệ thống màng lọc siêu lọc UF (Ultrafiltration). Màng UF với kích thước lỗ lọc siêu nhỏ cho phép giữ lại toàn bộ cặn lơ lửng mịn, huyền phù than, vi sinh vật và các hợp chất hữu cơ sót lại sau quá trình lắng lọc bậc 1, đưa chất lượng nước đạt quy chuẩn nước sinh hoạt.

Kết quả và đóng góp

Dữ liệu chất lượng nước thải chưa qua xử lý

Kết quả phân tích 4 đợt quan trắc liên tiếp (từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2016) đối với nước thải hầm lò mỏ than Công ty 35 được tổng hợp chi tiết trong bảng số liệu đối chiếu với Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT:

TT Thông số Đơn vị Tháng 9/2016 Tháng 10/2016 Tháng 11/2016 Tháng 12/2016 QCVN 40:2011 (Cột B) Đánh giá so với quy chuẩn
1 pH - 4,2 4,5 3,5 3,7 5,5 – 9,0 Thấp hơn 1,57 ÷ 2,14 lần (tính axit mạnh)
2 TSS mg/l 496 523 481 511 100 Vượt giới hạn 4,81 ÷ 5,23 lần
3 Pb mg/l 0,20 0,32 0,25 0,40 0,5 Nằm trong ngưỡng cho phép
4 Cu mg/l 1,30 1,70 0,90 0,70 2,0 Nằm trong ngưỡng cho phép
5 Fe tổng mg/l 6,5 8,2 7,6 9,0 5,0 Vượt giới hạn 1,30 ÷ 1,80 lần
6 Cd mg/l KPH KPH KPH KPH 0,1 Không phát hiện trong mẫu
7 Mn mg/l 5,2 5,0 8,0 7,0 1,0 Vượt giới hạn 5,00 ÷ 8,00 lần
8 COD mg/l 220 250 251 201 150 Vượt giới hạn 1,34 ÷ 1,67 lần
9 BOD5 ($20^\circ\text{C}$) mg/l 35 39 42 29 50 Nằm trong ngưỡng cho phép
10 As mg/l KPH KPH KPH KPH 0,1 Không phát hiện trong mẫu
11 Dầu mỡ khoáng mg/l 8,2 7,4 11,2 7,0 10,0 Tháng 11 vượt 1,12 lần; trung bình đạt
12 Tổng Coliform MPN/100ml 2.750 3.205 2.785 2.912 5.000 Thấp hơn giới hạn 1,6 ÷ 1,8 lần

(Ghi chú: KPH = Không phát hiện)

Các kết quả phân tích chỉ ra:

  • pH: Dao động từ 3,5 đến 4,5 (trung bình đạt 4,0), biểu hiện tính axit rõ rệt do quá trình oxy hóa khoáng pyrit, giảm sâu vào các tháng mùa khô (tháng 11, 12).
  • TSS: Nồng độ rất cao, dao động từ 481 đến 523 mg/l (trung bình 502,75 mg/l), vượt quy chuẩn cho phép từ 4,81 đến 5,23 lần.
  • Kim loại: Nồng độ Mangan (Mn) dao động từ 5 đến 8 mg/l (trung bình 6,3 mg/l), vượt quy chuẩn từ 5 đến 8 lần; Sắt tổng (Fe) dao động từ 6,5 đến 9,0 mg/l (trung bình 7,83 mg/l), vượt quy chuẩn từ 1,3 đến 1,8 lần. Các kim loại nặng nguy hại gồm Cd và As hoàn toàn không phát hiện; Pb và Cu nằm trong giới hạn kiểm soát.
  • Chất hữu cơ và vi sinh: COD vượt ngưỡng từ 1,34 đến 1,67 lần (trung bình 230,5 mg/l); trong khi $BOD_5$ (trung bình 36,25 mg/l), dầu mỡ khoáng (trung bình 8,45 mg/l) và tổng Coliform (trung bình 2.913 MPN/100ml) đều đạt yêu cầu xả thải theo quy chuẩn cột B.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  1. Về mặt số liệu thực nghiệm: Khóa luận cung cấp chuỗi dữ liệu thực địa có hệ thống về 12 thông số ô nhiễm nước thải mỏ than hầm lò tại Công ty 35 trong giai đoạn chuyển mùa cuối năm 2016, phản ánh chính xác các vấn đề môi trường cốt lõi của khu vực mỏ Cẩm Phả.
  2. Về đánh giá công nghệ hiện có: Làm rõ quy trình vận hành và hạn chế của trạm xử lý nước thải hầm lò bậc 1 (keo tụ - lắng - lọc mangan), chỉ ra rằng nước thải sau xử lý chỉ đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B ra nguồn tiếp nhận tự nhiên, không thể sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt do nguy cơ sót cặn keo và ion kim loại.
  3. Về giải pháp đề xuất: Tác giả đề xuất phương án bổ sung công nghệ nối tiếp bậc 2 ứng dụng màng lọc siêu lọc UF (Ultrafiltration) sau bể chứa nước sạch của trạm xử lý hiện tại. Dây chuyền này giúp giữ lại toàn bộ hạt lơ lửng kích thước keo và vi sinh vật, đưa chất lượng nước đạt quy chuẩn nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT, giải quyết bài toán tái tuần hoàn nước phục vụ 700 - 1.000 công nhân mỏ, cắt giảm chi phí mua nước sạch từ bên ngoài và bảo vệ nguồn tiếp nhận suối Hà Lầm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Chuỗi quan trắc thực nghiệm mới được thực hiện trong phạm vi 4 tháng cuối năm (từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2016), chủ yếu tập trung vào giai đoạn cuối mùa mưa và bước vào mùa khô; chưa bao quát trọn vẹn chu kỳ thủy văn cả năm, đặc biệt là giai đoạn cao điểm mùa mưa lũ (từ tháng 5 đến tháng 8) khi lưu lượng nước thẩm thấu vào hầm lò và nước mưa chảy tràn qua bãi thải tăng mạnh.
    • Số lượng vị trí lấy mẫu phân tích còn giới hạn ở các cửa lò chính và trạm xử lý trung tâm, chưa khảo sát tách biệt thành phần nước thải phát sinh tại các vỉa than sâu khác nhau trong lòng đất.
    • Đề xuất công nghệ màng UF dừng lại ở mức thiết lập sơ đồ nguyên lý công nghệ và tính toán định hướng, chưa tiến hành chạy mô hình thử nghiệm thực tế (pilot scale) tại mỏ để xác định các thông số suy giảm lưu lượng dòng thấm qua màng, chu kỳ rửa màng và tuổi thọ màng lọc khi xử lý nước mỏ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng quan trắc liên tục 12 tháng nhằm đánh giá chính xác biến động chất lượng và lưu lượng nước thải theo mùa.
    • Triển khai mô hình pilot màng lọc UF tại hiện trường trạm xử lý của Công ty 35 để xác định các thông số vận hành thực tế (áp suất lọc, lưu lượng sục rửa ngược, hiệu suất khử cặn và kim loại vi lượng).
    • Nghiên cứu giải pháp thu gom, xử lý và tận thu than bùn từ bể lắng và máy ép bùn thải để tái sử dụng làm nhiên liệu đốt, giảm thiểu khối lượng đổ thải ra môi trường.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo:
    • Sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Khai thác Mỏ tham khảo làm tư liệu học tập, thực hiện khóa luận tốt nghiệp hoặc nghiên cứu chuyên đề về thoát nước mỏ và xử lý nước thải công nghiệp khoáng sản.
    • Cán bộ kỹ thuật môi trường, quản lý vận hành trạm xử lý nước thải tại các đơn vị thành viên thuộc Tổng công ty Đông Bắc và Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV).
  • Phần nội dung có giá trị sử dụng cao:
    • Cơ sở lý thuyết về động học và phương trình phản ứng hóa - sinh oxy hóa khoáng pyrit tạo nước chua mỏ (AMD) với sự tham gia của vi khuẩn hiếu khí Thiobacillus.
    • Bảng số liệu phân tích định lượng 12 thông số ô nhiễm nước thải hầm lò trước xử lý, phản ánh đúng đặc thù nước mỏ than vùng Cẩm Phả.
    • Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước thải mỏ (keo tụ bằng sữa vôi, PAC, PAM, lắng trọng lực và lọc khử mangan) kết hợp giải pháp nối tiếp bằng công nghệ màng siêu lọc UF phục vụ mục đích tái sử dụng tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải hầm lò chưa qua xử lý tại mỏ than của Công ty TNHH MTV 35 bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi những chỉ tiêu nào?
Kết quả phân tích 4 đợt liên tiếp (tháng 9 đến tháng 12/2016) chỉ ra nước thải hầm lò chưa qua xử lý bị ô nhiễm nặng bởi 5 thông số chính vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B): giá trị pH thấp (dao động 3,5 ÷ 4,5, trung bình 4,0); hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS rất cao (481 ÷ 523 mg/l, vượt 4,81 ÷ 5,23 lần); Mangan vượt từ 5 đến 8 lần (5,0 ÷ 8,0 mg/l); Sắt tổng vượt từ 1,3 đến 1,8 lần (6,5 ÷ 9,0 mg/l); và COD vượt từ 1,34 đến 1,67 lần (201 ÷ 251 mg/l).

2. Các kim loại nặng độc hại như Cadimi (Cd), Asen (As) và Chì (Pb) trong nước mỏ Công ty 35 có vượt ngưỡng an toàn không?
Trong cả 4 đợt quan trắc, hai kim loại nặng có tính độc hại cao là Cadimi (Cd) và Asen (As) đều ở mức "Không phát hiện" (KPH) trong mẫu nước thải, thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn quy định là 0,1 mg/l. Nồng độ Chì (Pb) dao động từ 0,20 đến 0,40 mg/l, nằm dưới ngưỡng cho phép của quy chuẩn (0,5 mg/l). Nước thải hầm lò của công ty không bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng độc hại này.

3. Cơ chế nào làm cho nước thải hầm lò mỏ than có tính axit mạnh và chứa hàm lượng ion kim loại Fe, Mn cao?
Hiện tượng này phát sinh do các vỉa than và đất đá chứa lưu huỳnh vô cơ dạng khoáng pyrit ($FeS_2$). Khi đào lò, khoáng pyrit tiếp xúc với oxy không khí và nước, bị oxy hóa thành $FeSO_4$ và axit $H_2SO_4$. Quá trình này được xúc tác bởi các vi khuẩn hiếu khí ưa axit chủng Thiobacillus ferrooxidans và Thiobacillus thiooxidans. Môi trường axit sinh ra tiếp tục hòa tan quặng sắt và mangan trong cấu trúc đất đá xung quanh, làm nồng độ ion $Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Mn^{2+}$ và $SO_4^{2-}$ trong nước thải tăng cao.

4. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải hầm lò hiện có tại Công ty 35 gồm những công đoạn nào?
Dây chuyền gồm: Nước thải từ hầm lò được bơm về hố lắng sơ bộ (>1.000 $m^3$) để tách cặn thô than bùn $\rightarrow$ dẫn qua mương hở ($20 \times 0,7 \times 1,0\text{ m}$) vào bể trung hòa (bơm sữa vôi $Ca(OH)_2$ và sục khí để nâng pH và oxy hóa sắt, mangan) $\rightarrow$ chuyển sang bể keo tụ (châm PAC giảm độ nhớt và PAM trợ lắng tạo bông) $\rightarrow$ tự chảy qua bể lắng thứ cấp (bùn đáy bơm về máy ép bùn) $\rightarrow$ bể thu nước sau lắng $\rightarrow$ bơm áp lực qua bể lọc mangan $\rightarrow$ bể chứa nước sạch (xả ra suối hoặc sử dụng một phần tưới đường dập bụi).

5. Vì sao tác giả lại đề xuất bổ sung công nghệ màng siêu lọc UF làm công đoạn nối tiếp?
Nước thải sau trạm xử lý hiện hữu mới chỉ đáp ứng yêu cầu xả thải loại B ra nguồn tiếp nhận tự nhiên, chưa bảo đảm tiêu chuẩn vệ sinh để cấp cho công nhân tắm giặt, sinh hoạt. Việc tích hợp màng siêu lọc UF sau bể chứa nước sạch đóng vai trò là bậc xử lý tinh lọc, giúp loại bỏ triệt để các hạt than cặn lơ lửng mịn dạng keo, vi khuẩn và kim loại sót lại, đưa chất lượng nước đạt quy chuẩn nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT. Giải pháp này giúp công ty chủ động nguồn nước sinh hoạt tại chỗ cho 700 - 1.000 lao động (định mức 250 lít/người/ngày), tiết kiệm chi phí mua và vận chuyển nước sạch từ ngoài lên vùng núi cao.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Ngọc Tú đã phân tích toàn diện thực trạng chất lượng nước thải hầm lò tại Công ty TNHH MTV 35, xác định rõ các thông số ô nhiễm chính gồm tính axit cao, TSS, Fe, Mn và COD đều vượt quy chuẩn Cột B của QCVN 40:2011/BTNMT. Trên cơ sở khảo sát hệ thống xử lý hóa lý hiện hữu, đề tài chỉ ra tính cấp thiết của việc nâng cấp chu trình xử lý để đáp ứng mục tiêu tái sử dụng tài nguyên nước. Đề xuất bổ sung công nghệ nối tiếp sử dụng màng siêu lọc UF là giải pháp kỹ thuật phù hợp, góp phần giải quyết đồng thời bài toán giảm thiểu ô nhiễm lưu vực suối Hà Lầm và tối ưu hóa chi phí cấp nước sinh hoạt cho công nhân mỏ than.