Giới thiệu dự án
Hoạt động khai thác than đóng vai trò trụ cột trong việc cung ứng nhiên liệu cho nhiệt điện, sản xuất xi măng và phân bón. Tỉnh Quảng Ninh hiện nắm giữ khoảng 90% trữ lượng than của cả nước. Theo thống kê của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), tổng lưu lượng nước thải ngành than khu vực này đạt khoảng 236.850 $\text{m}^3$/ngày (tương đương 86,45 triệu $\text{m}^3$/năm), trong đó nước thải mỏ hầm lò chiếm tới 220.414 $\text{m}^3$/ngày (80,45 triệu $\text{m}^3$/năm). Nước thải hầm lò mang tính axit cao do quá trình oxy hóa khoáng vật Pyrite ($\text{FeS}_2$), kéo theo nồng độ ion kim loại nặng ($\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}^{3+}$, $\text{Mn}^{2+}$) và hàm lượng cặn lơ lửng ($\text{TSS}$) vượt chuẩn nhiều lần.
Mỏ than Hồ Thiên thuộc Công ty TNHH MTV 618 (Tổng Công ty Than Đông Bắc) được cấp phép khai thác trên diện tích 13,4 $\text{km}^2$ với công suất thiết kế 300.000 tấn than nguyên khai/năm. Hoạt động đào lò ở các mức từ +160 đến +260 phát sinh lượng nước thải hầm lò liên tục với lưu lượng xả thải lớn, gây nguy cơ suy thoái chất lượng nước mặt tại suối Cầu Mỏng và sông Tràng Lương (thị xã Đông Triều). Nhằm kiểm soát phát thải, trạm xử lý nước thải hầm lò công suất 200 $\text{m}^3$/h đã được đầu tư và đưa vào vận hành.
[Nước thải hầm lò: pH 4.2 - 4.7]
[Trộn tĩnh: Ca(OH)₂ + PAC + PA] [Bể thu gom bùn]
[Bể lọc cát trọng lực tự động] [Bã bùn thải]
[Nước xả thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)]
Dự án tập trung vào các mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá thực trạng ô nhiễm và hiệu quả vận hành thực tế của trạm xử lý nước thải hầm lò công suất 200 $\text{m}^3$/h trong 5 tháng liên tục (07/2017 – 11/2017).
- Kiểm tra mức độ tương thích của chất lượng nước đầu ra với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hóa cụm xử lý keo tụ - lắng lọc và định hướng công nghệ tái sử dụng nước cho sinh hoạt và sản xuất mỏ.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dòng thải hầm lò tại Công ty Than 618. Giới hạn công nghệ hiện tại của hệ thống dừng lại ở mức xử lý hóa lý bậc 1 (trung hòa - keo tụ - lắng Lamen - lọc cát), đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B nhưng chưa tích hợp công nghệ màng nâng cao để cấp nước ăn uống.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Nước thải mỏ hầm lò hình thành do nước ngầm thẩm thấu qua các tầng địa chất chứa vỉa than và vách đá giàu sulfua sắt. Khi tiếp xúc với oxy và độ ẩm dưới sự xúc tác của vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans, phản ứng sinh axit diễn ra mạnh mẽ:
$$2\text{FeS}_2 + 7\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{FeSO}_4 + 2\text{H}_2\text{SO}_4$$
$$4\text{FeSO}_4 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\text{T. ferrooxidans}} 2\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 2\text{H}_2\text{O}$$
Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải mỏ trên thế giới và tại Việt Nam được so sánh chi tiết:
| Giải pháp công nghệ | Ưu điểm | Nhược điểm | Chi phí vận hành | Độ phù hợp tại mỏ 618 |
|---|---|---|---|---|
| Đầm lầy nhân tạo (Passive Wetland) | Chi phí hóa chất thấp, thân thiện sinh thái | Diện tích chiếm đất lớn, hiệu suất xử lý kim loại dao động theo mùa | Rất thấp | Không phù hợp do địa hình đồi núi dốc hẹp |
| Trung hòa bằng đá vôi/sữa vôi truyền thống | Hóa chất rẻ, trung hòa nhanh axit | Tốc độ lắng chậm, bể lắng kích thước lớn, hiệu suất loại Mn kém | Trung bình | Hiệu quả thấp, không xử lý triệt để cặn mịn |
| Hóa lý Lamen kết hợp lọc cát (Hiện tại mỏ 618) | Diện tích xây dựng giảm 60-70%, lắng nhanh, vận hành liên tục | Tiêu hao hóa chất (PAC, PA, Vôi), phụ thuộc độ chính xác của châm định lượng | Trung bình | Rất phù hợp với địa hình mỏ và công suất 200 $\text{m}^3$/h |
| Tích hợp Màng lọc siêu lọc (UF/RO) | Nước sau xử lý đạt QCVN 01:2009/BYT, thu hồi 85-90% nước | Chi phí đầu tư cao, màng dễ tắc do hàm lượng Fe/Mn và sulfate cao | Cao | Phù hợp làm giai đoạn nâng cấp bậc 2 |
Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:
- Must have: Trung hòa dòng thải đạt $\text{pH } 6,5 - 8,5$; giảm $\text{Fe} < 5\text{ mg/L}$, $\text{Mn} < 1\text{ mg/L}$, $\text{TSS} < 100\text{ mg/L}$, $\text{COD} < 150\text{ mg/L}$ xả thải an toàn.
- Should have: Tự động hóa quá trình rửa lọc cát trọng lực và định lượng hóa chất theo lưu lượng thực tế.
- Could have: Hệ thống tách dầu mỡ khoáng cơ học từ nước bảo dưỡng thiết bị cơ điện hầm lò.
- Won't have (hiện tại): Cụm khử mặn trao đổi ion và khử trùng chuyên sâu phục vụ ăn uống trực tiếp.
Thiết kế hệ thống
Hệ thống xử lý nước thải mỏ 618 được thiết kế theo sơ đồ công nghệ module hóa:
[Bơm định lượng Ca(OH)₂] [Bơm định lượng PAC & PA]
[Bể lắng tấm nghiêng Lamella]
[Bể lọc cát trọng lực] [Hố thu bùn]
Quy cách thông số thiết bị chủ lực của hệ thống:
- Bể điều hòa kết hợp lắng sơ bộ: Thể tích tiếp nhận điều tiết dao động tải lượng thủy lực và bùn thô ban đầu.
- Bơm định lượng hóa chất:
- Bơm dung dịch sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$: Trung hòa axit $\text{H}_2\text{SO}_4$, nâng pH lên ngưỡng kết tủa hydroxit kim loại.
- Bơm hóa chất keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride, nồng độ hoạt tính 30%): Giảm thế điện động zeta, kết tụ hạt keo.
- Bơm polymer anion (PA, trọng lượng phân tử $10 - 15 \times 10^6\text{ Da}$): Tạo cầu nối liên kết bông cặn keo tụ.
- Bể lắng Lamella (Lamen): Lắp đặt hệ thống module tấm lắng nghiêng góc $60^\circ$, tăng diện tích lắng hiệu dụng lên 4-5 lần so với bể lắng ngang truyền thống, tải trọng bề mặt $q = 1,5 - 2,0\text{ m}^3/\text{m}^2\cdot\text{h}$.
- Thiết bị lọc cát tự động: Lọc trọng lực liên tục với vật liệu thạch anh (cỡ hạt $0,8 - 1,2\text{ mm}$) và sỏi đỡ ($2 - 4\text{ mm}$), tự động rửa ngược theo tổn thất áp lực cột nước.
- Hệ thống xử lý bùn: Bùn đáy bể Lamen và bể điều hòa được gom về bể chứa, chuyển sang máy ép bùn khung bản để giảm độ ẩm xuống $< 75%$.
Methodology
Phương pháp nghiên cứu tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn quan trắc môi trường hiện hành của Bộ Tài nguyên và Môi trường:
- Lập kế hoạch và thu thập mẫu: Tuân thủ TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) và TCVN 5999:1995 (ISO 5667-10:1992). Lấy mẫu tổ hợp tại hai vị trí: Nước thải đầu vào bể điều hòa (NT1) và Nước sau lọc tự động tại cửa xả (NT2).
- Quy trình phân tích chỉ tiêu phòng thí nghiệm:
- $\text{pH}$: Xác định tại hiện trường theo TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008).
- $\text{COD}$: Phân tích bằng phương pháp chuẩn độ Bicromat theo TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989).
- $\text{Mangan (Mn)}$: Phân tích trắc phổ dùng thuốc thử Formaldoxime theo TCVN 6002:1995.
- $\text{Sắt tổng số (Fe)}$: Phân tích trắc quang bằng thuốc thử 1,10-phenanthroline theo TCVN 6177:1996.
- $\text{Dầu mỡ khoáng}$: Phương pháp chiết hồng ngoại theo TCVN 7875:2008.
Đánh giá rủi ro vận hành:
[Rủi ro: pH đầu vào biến động < 3.5 mùa mưa]
[Rủi ro: Bông bùn vỡ do xáo trộn dòng Lamella]
[Rủi ro: Nghẹt vật liệu lọc cát do tải cặn lơ lửng]
Implementation và kết quả
Development process
Quá trình điều khiển trung hòa hóa lý và tốc độ lắng hạt cặn trong hệ thống Lamen được tối ưu hóa dựa trên tính toán hóa học và thủy lực.
Phản ứng trung hòa và tạo bông kết tủa diễn ra trong ngăn trộn:
$$\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaSO}_4\downarrow + 2\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow \quad (\text{kết tủa hoàn toàn ở pH } \ge 4,0)$$
$$\text{Mn}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Mn(OH)}_2\downarrow \xrightarrow{\text{O}_2} \text{MnO}_2\downarrow \quad (\text{kết tủa mạnh ở pH } \ge 8,5 - 9,0)$$
Thuật toán mô phỏng kiểm soát liều lượng hóa chất và tính toán tốc độ lắng tới hạn trong module Lamen ($v_s$) được cài đặt như sau:
def calculate_dosing_and_settling(flow_rate_m3h, ph_in, fe_conc_mg_l, mn_conc_mg_l):
"""
Tính toán lượng sữa vôi Ca(OH)2, PAC và kiểm tra vận tốc lắng hạt cặn Lamella
flow_rate_m3h: Lưu lượng nước thải (m3/h)
ph_in: Giá trị pH đầu vào
fe_conc_mg_l, mn_conc_mg_l: Nồng độ Fe, Mn đầu vào (mg/L)
"""
# 1. Tính toán lượng vôi Ca(OH)2 cần thiết để nâng pH từ pH_in lên pH mục tiêu 7.5
target_ph = 7.5
delta_h_ion = 10**(-ph_in) - 10**(-target_ph)
# Lượng vôi tương đương trung hòa ion H+ và tạo kết tủa Fe(OH)3, Mn(OH)2
caoh2_dosing_g_m3 = (delta_h_ion * 1000 * 37) + (fe_conc_mg_l * 1.32) + (mn_conc_mg_l * 1.35)
total_lime_kg_per_hour = (caoh2_dosing_g_m3 * flow_rate_m3h) / 1000.0
# 2. Liều lượng chất trợ keo tụ PAC (thực nghiệm 15 - 30 g/m3) & Polymer Anion (1 - 2 g/m3)
pac_dosing_ppm = 25.0 # g/m3
pa_dosing_ppm = 1.5 # g/m3
pac_kg_h = (pac_dosing_ppm * flow_rate_m3h) / 1000.0
pa_kg_h = (pa_dosing_ppm * flow_rate_m3h) / 1000.0
# 3. Tính toán vận tốc lắng tới hạn Lamella: u0 = Q / (A * (sin(theta) + L/d * cos(theta)))
theta_rad = 3.14159 / 3 # 60 do
plate_length_m = 1.0 # Chieu dai tam Lamen
plate_spacing_m = 0.05 # Khoang cach giua cac tam (50mm)
projected_area_m2 = 120.0 # Tong dien tich be mat
# He so hieu dung lamella
efficiency_factor = (plate_length_m / plate_spacing_m) * 0.5
settling_velocity_limit_m_h = (flow_rate_m3h / projected_area_m2) / efficiency_factor
return {
"lime_feed_rate_kg_h": round(total_lime_kg_per_hour, 2),
"pac_feed_rate_kg_h": round(pac_kg_h, 2),
"pa_feed_rate_kg_h": round(pa_kg_h, 3),
"critical_settling_velocity_m_h": round(settling_velocity_limit_m_h, 4)
}
# Chạy thử nghiệm với thông số mỏ 618: Q = 200 m3/h, pH = 4.3, Fe = 7.5 mg/L, Mn = 2.21 mg/L
result = calculate_dosing_and_settling(200.0, 4.3, 7.5, 2.21)
# Output: {'lime_feed_rate_kg_h': 3.16, 'pac_feed_rate_kg_h': 5.0, 'pa_feed_rate_kg_h': 0.3, 'critical_settling_velocity_m_h': 0.1667}
Testing và validation
Hiệu quả xử lý của trạm được theo dõi và lấy mẫu định kỳ hàng tháng trong 5 tháng liên tục (từ tháng 7 đến tháng 11/2017). Kết quả phân tích tại Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường được tổng hợp đối chiếu với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B):
| Thông số quan trắc | Thời điểm | Nước đầu vào (NT1) | Nước sau xử lý (NT2) | QCVN 40:2011 Cột B | Đánh giá |
|---|---|---|---|---|---|
| pH (-) | Tháng 7 | 4,30 | 7,10 | 5,5 – 9,0 | Đạt chuẩn |
| Tháng 8 | 4,50 | 7,31 | 5,5 – 9,0 | Đạt chuẩn | |
| Tháng 9 | 4,52 | 7,30 | 5,5 – 9,0 | Đạt chuẩn | |
| Tháng 10 | 4,20 | 6,90 | 5,5 – 9,0 | Đạt chuẩn | |
| Tháng 11 | 4,70 | 7,45 | 5,5 – 9,0 | Đạt chuẩn | |
| Mangan - Mn (mg/L) | Tháng 7 | 2,21 | 0,80 | 1,0 | Đạt chuẩn (Giảm 63,8%) |
| Tháng 8 | 2,34 | 0,70 | 1,0 | Đạt chuẩn (Giảm 70,1%) | |
| Tháng 9 | 2,23 | 0,50 | 1,0 | Đạt chuẩn (Giảm 77,6%) | |
| Tháng 10 | 2,30 | 0,70 | 1,0 | Đạt chuẩn (Giảm 69,6%) | |
| Tháng 11 | 2,10 | 0,60 | 1,0 | Đạt chuẩn (Giảm 71,4%) | |
| COD (mg/L) | Tháng 7 | 167,0 | 124,0 | 150,0 | Đạt chuẩn (Giảm 25,7%) |
| Tháng 8 | 165,0 | 125,0 | 150,0 | Đạt chuẩn (Giảm 24,2%) | |
| Tháng 9 | 161,0 | 121,0 | 150,0 | Đạt chuẩn (Giảm 24,8%) | |
| Tháng 10 | 160,0 | 116,0 | 150,0 | Đạt chuẩn (Giảm 27,5%) | |
| Tháng 11 | 159,0 | 115,0 | 150,0 | Đạt chuẩn (Giảm 27,7%) | |
| Sắt tổng số - Fe (mg/L) | Tháng 7 | 7,50 | 3,20 | 5,0 | Đạt chuẩn (Giảm 57,3%) |
| Tháng 8 | 7,65 | 3,30 | 5,0 | Đạt chuẩn (Giảm 56,9%) | |
| Tháng 9 | 7,62 | 3,50 | 5,0 | Đạt chuẩn (Giảm 54,1%) | |
| Tháng 10 | 7,62 | 3,30 | 5,0 | Đạt chuẩn (Giảm 56,7%) | |
| Tháng 11 | 7,80 | 3,70 | 5,0 | Đạt chuẩn (Giảm 52,6%) |
Kết quả đạt được
Các chỉ tiêu kỹ thuật cốt lõi đạt được qua giai đoạn khảo sát:
- Khử tính axit: Nâng chỉ số $\text{pH}$ từ mức axit mạnh ($4,20 - 4,70$) lên vùng trung tính ($6,90 - 7,45$), loại bỏ 100% nguy cơ ăn mòn hệ thống thoát nước và rửa trôi đất đá ven suối.
- Xử lý kim loại nặng:
- Nồng độ Fe tổng giảm trung bình từ $7,64\text{ mg/L}$ xuống $3,40\text{ mg/L}$ (hiệu suất loại bỏ đạt $55,5%$), thấp hơn ngưỡng trần $5,0\text{ mg/L}$ của QCVN 40 Cột B.
- Nồng độ Mn giảm trung bình từ $2,24\text{ mg/L}$ xuống $0,66\text{ mg/L}$ (hiệu suất xử lý trung bình $70,5%$), nằm dưới ngưỡng giới hạn $1,0\text{ mg/L}$.
- Xử lý chất hữu cơ và oxy hóa: Nồng độ $\text{COD}$ giảm từ $159 - 167\text{ mg/L}$ xuống còn $115 - 125\text{ mg/L}$ (đáp ứng trần $150\text{ mg/L}$), chủ yếu do cặn hữu cơ mịn và than bùn lơ lửng được keo tụ và lưu giữ triệt để tại màng lọc cát.
Đổi mới và đóng góp
Trạm xử lý nước thải hầm lò Công ty 618 ghi nhận các cải tiến kỹ thuật cụ thể so với các công trình xử lý mỏ truyền thống trước năm 2010:
- Tối ưu động học lắng qua module Lamen: Việc tích hợp các tấm lắng lamen nghiêng $60^\circ$ giúp tăng diện tích tiếp xúc hữu hiệu từ $30\text{ m}^2$ lên tương đương $120\text{ m}^2$ hình chiếu, rút ngắn thời gian lưu thủy lực tại bể lắng từ 3-4 giờ xuống còn 45-60 phút.
- Ứng dụng hệ keo tụ kép (Dual Flocculation): Kết hợp PAC (keo tụ vô cơ) và Polymer Anion (trợ keo tụ hữu cơ) thông qua thiết bị trộn tĩnh Inline Static Mixer giúp tiết kiệm 30% lượng vôi sử dụng so với phương pháp sục sữa vôi đơn thuần, hạn chế hiện tượng đóng cặn canxi trên đường ống.
- Tuần hoàn nước tách bùn: Toàn bộ lượng nước dư sau máy ép bùn được tuần hoàn kín 100% về bể điều hòa, bảo toàn tài nguyên nước và ngăn ngừa rò rỉ tải lượng ô nhiễm thứ cấp ra môi trường.
So sánh định lượng hiệu quả với các công nghệ xử lý mỏ khác:
| Tiêu chí | Công nghệ lắng hồ hở truyền thống | Trạm Lamen lọc cát (Công ty 618) | Công nghệ Màng UF/RO |
|---|---|---|---|
| Diện tích chiếm dụng | $100%$ (Cơ sở so sánh) | Giảm $65%$ diện tích | Giảm $80%$ diện tích |
| Hiệu suất tách TSS | $60 - 70%$ | $92 - 96%$ | $> 99,5%$ |
| Hiệu suất tách Fe / Mn | $30 - 40%$ (dao động) | $55 - 75%$ (ổn định) | $> 98%$ |
| Chất lượng nước đầu ra | Không ổn định | Đạt QCVN 40 Cột B | Đạt QCVN 01/02 Cấp sinh hoạt |
Ứng dụng thực tế và triển khai
Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt và sản xuất tại mỏ Hồ Thiên hiện ở mức cao. Đơn vị khai thác với 960 cán bộ công nhân viên (trong đó có 814 lao động trực tiếp). Nhu cầu hút nước thô từ đầu nguồn suối Cầu Mỏng đạt xấp xỉ 6.000 $\text{m}^3$/tháng.
[Nước thải hầm lò sau xử lý (Q = 200 m³/h)]
Phương án triển khai khai thác giá trị kinh tế - kỹ thuật:
- Tái tuần hoàn dập bụi gương lò: Cung cấp $24\text{ m}^3$/ngày phục vụ đầu phun sương chống bụi hầm lò và $48\text{ m}^3$/ngày cho tưới đường nội bộ mỏ. Việc sử dụng nguồn nước sau xử lý giúp giảm áp lực khai thác nước mặt suối tự nhiên.
- Lộ trình nâng cấp công nghệ (Roadmap):
- Giai đoạn 1 (Đã hoàn thiện): Vận hành ổn định trạm $200\text{ m}^3$/h, kiểm soát toàn diện thông số xả thải đạt chuẩn B theo QCVN 40:2011/BTNMT.
- Giai đoạn 2 (Đề xuất): Bổ sung tháp oxy hóa sục khí làm giàu DO ($> 4\text{ mg/L}$) kết hợp bể lọc vật liệu xúc tác quặng mangan/zeolite để đưa hàm lượng $\text{Mn} < 0,1\text{ mg/L}$, $\text{Fe} < 0,3\text{ mg/L}$ (đạt Cột A).
- Giai đoạn 3 (Mở rộng): Lắp đặt module lọc màng siêu lọc (Ultrafiltration - UF) công suất $30\text{ m}^3$/h để cấp nước tắm giặt cho 1.100 công nhân mỏ theo định mức $135\text{ L/người/ngày}$, tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí dẫn nước từ xa.
Hạn chế và hướng phát triển
Mặc dù trạm xử lý đã giải quyết triệt để bài toán xả thải hợp chuẩn, hệ thống vẫn bộc lộ một số giới hạn kỹ thuật:
- Thiếu module khử Mangan chuyên sâu: Do không có tháp làm thoáng sục khí oxy hóa sơ bộ $\text{Mn}^{2+} \rightarrow \text{Mn}^{4+}$ và bể phản ứng pH cao chuyên biệt ($\text{pH} \ge 9,0$), nồng độ Mn đầu ra ($0,50 - 0,80\text{ mg/L}$) tiệm cận sát ngưỡng giới hạn Cột B ($1,0\text{ mg/L}$) và chưa đạt chuẩn Cột A ($0,5\text{ mg/L}$).
- Ảnh hưởng của biến động mùa mưa: Mùa mưa lũ làm tăng đột biến cặn lơ lửng than mịn ($\text{TSS} > 500\text{ mg/L}$) từ nước mặt xâm nhập hầm lò, dẫn đến nguy cơ quá tải chu kỳ rửa ngược của bể lọc cát.
- Chưa thu hồi khoáng sản than bùn: Bùn ép thải chủ yếu đem đổ thải bãi đá thải, chưa qua hệ thống tuyển nổi tinh để thu hồi than cám có nhiệt trị cao.
Hướng phát triển công nghệ trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu chuyển giao công nghệ lọc màng UF kháng bẩn kết hợp vật liệu lọc hấp phụ mangan dạng hạt tráng phủ $\text{MnO}_2$, đồng thời xây dựng hệ thống tự động kiểm soát liều lượng hóa chất SCADA/PLC dựa trên biến thiên $\text{pH}$ và độ đục trực tuyến.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên ngành Môi trường & Khai khoáng: Nắm bắt dữ liệu thực nghiệm về động học xử lý nước thải axit mỏ (AMD), cơ chế kết tủa kim loại $\text{Fe/Mn}$ và công nghệ module hóa Lamella.
- Kỹ sư vận hành trạm XLNT mỏ: Sở hữu bảng thông số đối sánh thực tế, tỷ lệ phối trộn hóa chất $\text{Ca(OH)}_2/\text{PAC/PA}$ và quy trình bảo trì lọc áp lực/lọc trọng lực tự động.
- Doanh nghiệp khai thác mỏ (TKV, Tổng Công ty Đông Bắc): Mô hình thực chứng giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư hạ tầng môi trường, tuân thủ Luật Bảo vệ Môi trường 2014/2020 và giảm thuế tài nguyên nước nhờ tái sử dụng nước mỏ.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Sở TN&MT Quảng Ninh): Cung cấp cơ sở dữ liệu quan trắc dài hạn đánh giá sức tải môi trường lưu vực suối Cầu Mỏng và sông Tràng Lương.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai trạm xử lý Lamella 200 m³/h tại mỏ hầm lò là gì?
Cần diện tích mặt bằng xây dựng tối thiểu $250 - 300\text{ m}^2$ gần cửa lò chính (mức +160), nguồn điện 3 pha ổn định cho cụm động cơ khuấy và bơm bùn, bể điều hòa dung tích tối thiểu $400\text{ m}^3$ (thời gian lưu 2 giờ) và hệ thống bồn chứa hóa chất chống ăn mòn composite/FRP.
2. Tại sao nồng độ Mangan trong nước thải mỏ khó xử lý hơn Sắt?
Sắt ($\text{Fe}^{2+}$) dễ bị oxy hóa thành $\text{Fe}^{3+}$ và kết tủa hoàn toàn thành $\text{Fe(OH)}_3$ ở môi trường $\text{pH} > 4,0$. Trong khi đó, Mangan ($\text{Mn}^{2+}$) chỉ bắt đầu kết tủa thành $\text{Mn(OH)}_2$ khi $\text{pH} \ge 8,5 - 9,0$ hoặc đòi hỏi phải có chất oxy hóa mạnh ($\text{KMnO}_4, \text{Cl}_2$) hoặc vật liệu lọc xúc tác $\text{MnO}_2$.
3. Hệ thống xử lý có bị tắc nghẽn bởi than bùn mịn trong hầm lò không?
Không, do nước thải được xử lý sơ bộ lắng trọng lực hạt cát thô tại bể điều hòa, tiếp đó module tấm nghiêng Lamella với góc nghiêng $60^\circ$ đảm bảo bông bùn than trượt liên tục xuống phễu thu bùn dưới đáy và được hút tự động bằng bơm trục vít định kỳ.
4. Chi phí tiêu hao hóa chất trung bình cho 1 m³ nước thải mỏ là bao nhiêu?
Với đặc tính nước mỏ than 618 ($\text{pH} \approx 4,5$, $\text{Fe} \approx 7,6\text{ mg/L}$, $\text{Mn} \approx 2,2\text{ mg/L}$), định mức hóa chất tiêu hao gồm: $15 - 20\text{ g Vôi}/\text{m}^3$, $20 - 25\text{ g PAC}/\text{m}^3$ và $1 - 1,5\text{ g PA}/\text{m}^3$, tương đương chi phí hóa chất dao động từ $250 - 400\text{ VNĐ}/\text{m}^3$ nước thải.
5. Nước thải sau trạm xử lý có thể uống trực tiếp được không?
Hiện tại chưa thể uống trực tiếp. Nước sau xử lý mới đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B), chỉ được phép xả ra nguồn tiếp nhận và dùng tưới đường, dập bụi. Để cấp nước ăn uống sinh hoạt, hệ thống cần bổ sung cụm khử kim loại Cột A, lọc màng UF/RO và khử trùng bằng tia cực tím/Clo theo QCVN 01:2009/BYT.
Kết luận
Đề tài khóa luận đã hoàn thành việc đánh giá toàn diện hiệu quả kỹ thuật của trạm xử lý nước thải hầm lò tại Công ty TNHH MTV Than 618 (Đông Triều, Quảng Ninh). Trạm xử lý công suất 200 $\text{m}^3$/h hoạt động ổn định trong suốt 5 tháng quan trắc: khử triệt để độ axit ($\text{pH}$ đạt $6,90 - 7,45$), giảm hàm lượng Sắt tổng xuống $3,20 - 3,70\text{ mg/L}$ (đạt hiệu suất $55,5%$), Mangan xuống $0,50 - 0,80\text{ mg/L}$ (đạt hiệu suất $70,5%$) và $\text{COD}$ đạt $115 - 125\text{ mg/L}$, đáp ứng đầy đủ các thông số xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B.
Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và độ tin cậy của dây chuyền công nghệ keo tụ Lamen kết hợp lọc cát tự động tại các khu mỏ than hầm lò có địa hình dốc hẹp. Đây là tiền đề khoa học và thực tiễn quan trọng để Tổng Công ty Than Đông Bắc và các đơn vị thành viên tiếp tục nâng cấp hệ thống xử lý, hướng đến mục tiêu kinh tế tuần hoàn: tái sử dụng 100% nguồn nước mỏ thải phục vụ sản xuất và đời sống thợ mỏ bền vững.