Giới thiệu dự án
Hoạt động khai thác than đóng vai trò là ngành công nghiệp nền tảng, cung cấp nguồn nhiên liệu then chốt cho các ngành nhiệt điện, sản xuất xi măng, luyện kim và hóa chất tại Việt Nam. Tỉnh Quảng Ninh hiện chiếm hơn 90% tổng trữ lượng than cả nước, với sản lượng khai thác hàng năm đạt hàng chục triệu tấn. Tuy nhiên, đặc thù địa hình lòng chảo ven biển của vùng than Hòn Gai - Cẩm Phả, đặc biệt tại khu vực thành phố Hạ Long, tạo nên áp lực môi trường sinh thái nghiêm trọng khi hoạt động khai khoáng diễn ra xen kẽ các khu bảo tồn thiên nhiên và vịnh di sản thế giới.
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Nguồn phát sinh nước thải mỏ than │
└──────────────────────────┬─────────────────────────────┘
│
┌───────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┐
│ │ │
▼ ▼ ▼
┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐
│ Nước Moong mỏ │ │ Nước mưa chảy tràn│ │ Nước thải sản xuất│
│ - Axit hóa mỏ │ │ - Bãi thải đất đá│ │ - Sàng tuyển than│
│ - TSS: ~988 mg/L │ │ - Xói mòn sườn dốc│ │ - Xưởng sửa chữa │
│ - Fe: ~10.2 mg/L │ │ - Bùn đất huyền phù│ │ - Nhiễm dầu mỡ │
│ - Mn: ~5.98 mg/L │ └─────────┬────────┘ └─────────┬────────┘
└────────┬─────────┘ │ │
│ │ │
└───────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┘
│
▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Hệ thống thu gom & Trạm xử lý nước thải │
│ (Quy chuẩn kỹ thuật QCVN 40:2011/BTNMT) │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
Tại Công ty Cổ phần Than Hà Tu - Vinacomin, hoạt động khai thác lộ thiên quy mô lớn với sản lượng $1{,}4 - 1{,}5\text{ triệu tấn than/năm}$ và khối lượng đất đá bóc tách lên tới $17 - 18\text{ triệu m}^3/\text{năm}$ đã dẫn tới hiện tượng phát sinh nước thải mỏ có tính chất ô nhiễm phức tạp. Quá trình bóc đất đá làm lộ các vỉa than chứa khoáng vật pirit ($\text{FeS}_2$), khi tiếp xúc với oxy và nước mưa sẽ sinh ra axit sunfuric ($\text{H}_2\text{SO}_4$), gây axit hóa mạnh nguồn nước moong (pH giảm sâu xuống mức $4{,}42$). Đồng thời, hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt quy chuẩn từ $2 - 3\text{ lần}$, nồng độ ion kim loại hòa tan ($\text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+}, \text{Mn}^{2+}$) vượt ngưỡng xả thải cho phép nhiều lần, đe dọa trực tiếp đến lưu vực suối Lộ Phong và chất lượng nước vịnh Hạ Long.
Mục tiêu dự án
- Đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và tải lượng ô nhiễm của các nguồn nước thải tại mỏ than Hà Tu (nước moong vỉa 16, nước rửa trôi bãi thải, nước xưởng sàng tuyển than và sửa chữa cơ điện).
- Khảo sát và đánh giá hiệu quả kỹ thuật của hệ thống trạm xử lý nước thải công suất thiết kế $100 - 110\text{ m}^3/\text{h}$ kết hợp lắng cao tải Lamella và lọc trọng lực tự động.
- Phân tích cơ chế hóa lý của các quá trình trung hòa, keo tụ - tạo bông, tách bùn lắng và hoàn nguyên vật liệu lọc.
- Xác định các thông số vận hành tối ưu, đo lường hiệu suất loại bỏ các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng ($\text{pH, TSS, Fe, Mn, Zn, Coliforms}$) so sánh trực tiếp với QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, tự động hóa nhằm nâng cao độ tin cậy vận hành, giảm thiểu sự cố chập cháy cảm biến và cải thiện an toàn lao động trong khâu cấp hóa chất.
Phương pháp tiếp cận và phạm vi nghiên cứu
- Phương pháp tiếp cận: Kết hợp thu thập số liệu thứ cấp, điều tra khảo sát thực địa mạng lưới thu gom, lấy mẫu nước định kỳ theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011, bảo quản theo TCVN 6663-3:2008 và phân tích tại phòng thí nghiệm chuyên chuẩn của Viện Khoa học Sự sống - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
- Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ hệ thống thu gom, các tuyến đập rọ đá chân bãi thải và Trạm xử lý nước thải mặt bằng công nghiệp mỏ than Hà Tu, phường Hà Tu, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh; dữ liệu quan trắc từ năm 2013 đến năm 2015.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Nước thải mỏ than lộ thiên có lưu lượng dao động rất lớn theo mùa. Mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 10) chiếm lượng xả thải lên đến $180\text{ m}^3/\text{h}$, trong khi mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) lưu lượng chỉ đạt khoảng $70\text{ m}^3/\text{h}$. Các phương pháp xử lý truyền thống bộc lộ nhiều nhược điểm khi đối mặt với sự biến thiên này:
| Giải pháp công nghệ |
Ưu điểm |
Nhược điểm |
Chi phí vận hành |
Khả năng tự động hóa |
| Hồ lắng tự nhiên (Passive Settling) |
Chi phí xây dựng thấp, không tốn điện năng vận hành. |
Diện tích chiếm đất lớn, hiệu suất khử $\text{Fe, Mn}$ và axit kém, dễ tràn bùn mùa mưa. |
Rất thấp |
Không |
| Hóa lý truyền thống (Bể lắng ngang/đứng) |
Hiệu quả xử lý tương đối ổn định, dễ chế tạo cơ khí. |
Thời gian lưu nước lớn ($2 - 4\text{ giờ}$), cồng kềnh, tải trọng bề mặt thấp ($0{,}5 - 1\text{ m}^3/\text{m}^2\cdot\text{h}$). |
Trung bình |
Bán tự động |
| Hóa lý + Lamella + Lọc trọng lực tự động (Đề tài áp dụng) |
Tải trọng bề mặt cao ($5 - 8\text{ m}^3/\text{m}^2\cdot\text{h}$), tiết kiệm $60%$ diện tích, tự động rửa lọc thủy lực. |
Đòi hỏi kiểm soát pH chính xác, bùn lắng cần thiết bị ép cơ giới. |
Tối ưu |
Tự động hóa cao (PLC) |
Ma trận ưu tiên yêu cầu hệ thống (MoSCoW)
- Must have (Bắt buộc): Module trung hòa pH bằng sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ dải $6{,}5 - 8{,}5$; cụm keo tụ tạo bông PAC/PAM; thiết bị tách bùn cao tải Lamella; module lọc khử sắt/mangan đạt chuẩn Cột B QCVN 40:2011/BTNMT.
- Should have (Nên có): Điều khiển tự động định lượng hóa chất qua PLC S7-1200 và cảm biến đo pH online; cơ chế tự động sục rửa ngược bồn lọc trọng lực theo chênh áp thủy lực.
- Could have (Có thể có): Hệ thống tái sử dụng nước sau xử lý để cấp cho giàn phun sương dập bụi đường mỏ công suất $4{,}500\text{ m}^3/\text{ngày}$.
- Won't have (Chưa áp dụng): Hệ thống khử khoáng màng lọc thẩm thấu ngược (RO) do chi phí đầu tư và nồng độ muối hòa tan chưa yêu cầu.
Thiết kế hệ thống
Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải mỏ than Hà Tu tích hợp đa công đoạn xử lý cơ học - hóa lý - phân ly pha:
Nước thải thô ──► Song chắn rác ──► Bể lắng sơ bộ 1 & 2 ──► Thiết bị trộn tĩnh (Static Mixer)
│ (Châm Ca(OH)2, PAC, PAM)
▼
Nước sạch ◄── Thiết bị lọc trọng lực ◄── Thiết bị lắng cao tải Lamella
│
▼
Xả ra môi trường / Tuần hoàn tưới đường dập bụi
Các phản ứng hóa sinh và chuyển hóa kim loại
Quá trình sinh axit do khoáng pirit:
$$2\text{FeS}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 7\text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Fe}^{2+} + 4\text{SO}_4^{2-} + 4\text{H}^+$$
Quá trình trung hòa axit và kết tủa sắt:
$$\text{H}^+ + \text{OH}^- \longrightarrow \text{H}_2\text{O}$$
$$\text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \longrightarrow \text{Fe(OH)}_2 \downarrow$$
$$4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{Fe(OH)}_3 \downarrow\ (\text{kết tủa nâu đỏ})$$
Quá trình oxy hóa và kết tủa mangan (yêu cầu môi trường $\text{pH} \ge 8{,}5 - 9{,}0$):
$$\text{Mn}^{2+} + 2\text{OH}^- \longrightarrow \text{Mn(OH)}_2 \downarrow$$
$$2\text{Mn(HCO}_3)_2 + \text{O}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{Mn(OH)}_4 \downarrow + 4\text{H}_2\text{O} + 4\text{CO}_2 \uparrow\ (\text{kết tủa đen hung})$$
Cấu hình thiết bị và thông số kỹ thuật (Technology Stack)
- Thiết bị điều khiển trung tâm: PLC Siemens S7-1200 kết hợp màn hình HMI và cảm biến đo pH online hai dải đo $1 - 14$.
- Bơm nước thô: 02 bơm ly tâm đặt cạn $Q = 300\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $H = 15\text{ m}$, công suất điện $P = 15\text{ kW}$.
- Bộ trộn tĩnh (Static Mixer): Kích thước $\text{D}250 \times \text{L}1000\text{ mm}$, vật liệu Inox SUS 304.
- Thiết bị lắng Lamella: Thép CT3 phủ sơn Epoxy, thể tích khối tấm lắng nghiêng $V = 15\text{ m}^3$, kích thước phủ bì $7000 \times 2800 \times 6500\text{ mm}$, công suất thiết kế $100\text{ m}^3/\text{h}$.
- Thiết bị lọc trọng lực tự động: 03 bồn lọc Thép CT3, kích thước $\text{D} \times \text{H} = 3200 \times 4500\text{ mm}$, vật liệu gồm sỏi đỡ $2 \times 4\text{ mm}$ ($1{,}6\text{ m}^3$) và cát lọc mangan $0{,}8 - 1{,}6\text{ mm}$ ($8\text{ m}^3$).
- Máy ép bùn: Trục vít công suất $3\text{ m}^3/\text{h}$, động cơ $7{,}5\text{ kW}$ trang bị biến tần điều khiển tốc độ quay.
// Thuật toán giả lập Logic điều khiển định lượng hóa chất trung hòa pH trên PLC Siemens S7-1200
PROGRAM Neutralization_Control_Loop
VAR
r_Measured_pH : REAL; // Tín hiệu pH analog từ sensor đầu vào (4-20mA)
r_SetPoint_pH : REAL := 8.2; // Ngưỡng pH mục tiêu tối ưu cho lắng Fe và Mn
r_Dosing_Pump_PAC : REAL; // Tần số bơm định lượng PAC (Hz)
r_Dosing_Pump_Lime : REAL; // Tần số bơm định lượng sữa vôi Ca(OH)2 (Hz)
b_Backwash_Trigger : BOOL; // Cờ báo kích hoạt chu trình rửa lọc tự động
r_Filter_Headloss : REAL; // Tổn thất áp lực qua lớp cát lọc (m H2O)
END_VAR
IF r_Measured_pH < r_SetPoint_pH THEN
// Tăng lưu lượng bơm sữa vôi Ca(OH)2 tỷ lệ thuận theo sai lệch pH
r_Dosing_Pump_Lime := LIMIT(0.0, (r_SetPoint_pH - r_Measured_pH) * 25.0, 50.0);
ELSE
r_Dosing_Pump_Lime := 5.0; // Tần số duy trì cơ bản
END_IF;
// Tự động kích hoạt chu kỳ hoàn nguyên rửa ngược khi tổn thất áp suất vượt ngưỡng
IF (r_Filter_Headloss >= 1.8) THEN
b_Backwash_Trigger := TRUE;
// Mở van xả rửa ngược bồn lọc trọng lực trong thời gian 3-5 phút
END_IF;
Implementation và kết quả
Quy trình vận hành thực nghiệm
Quá trình vận hành và quan trắc hệ thống được phân kỳ kiểm chuẩn rõ ràng qua các khâu công nghệ:
- Thu gom sơ bộ: Nước moong vỉa 16 và nước rửa sàn sàng tuyển được đưa qua hồ lắng cấp 1 và cấp 2 để loại bỏ cát sỏi, vụn than thô có kích thước hạt $> 0{,}1\text{ mm}$.
- Khuấy trộn hóa chất: Dung dịch vôi sữa nồng độ $5 - 10%$ được châm trực tiếp qua bơm định lượng ($520\text{ L/h}$) để nâng pH lên ngưỡng $7{,}8 - 8{,}5$. Sau đó, chất keo tụ PAC (định mức $18\text{ g/m}^3$) và chất trợ keo tụ PAM (định mức $1\text{ g/m}^3$) được cấp vào Static Mixer SUS 304 để hình thành bông cặn keo tụ kích thước lớn.
- Lắng Lamella: Nước thải chảy qua hệ thống tấm nghiêng góc $60^\circ$, gia tăng bề mặt lắng hiệu dụng, cặn bùn trượt xuống phễu thu đáy và được xả tự động $1\text{ lần/ca}$ sang bể nén bùn.
- Lọc trọng lực tự động: Nước trong sau lắng chảy sang bồn lọc áp lực không trọng lực. Sau chu kỳ $2 - 2{,}5\text{ giờ}$ vận hành, chênh áp thủy lực đẩy nước sạch từ khoang trên sục ngược toàn bộ lớp cát lọc trong thời gian $3 - 5\text{ phút}$, xả cặn về hồ lắng thô mà không tiêu tốn điện năng bơm rửa lọc.
- Tách nước bùn thải: Bùn loãng độ ẩm $97 - 99%$ từ bể nén được bơm vào máy ép bùn trục vít, ép cơ giới giảm độ ẩm xuống $< 30%$, tạo bánh bùn vô cơ thuận tiện vận chuyển ra bãi thải mỏ.
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ Quy trình phân tích & giám sát mẫu nước │
└──────────────────────┬───────────────────────┘
│
┌─────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┐
▼ ▼ ▼
┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐
│ Lấy mẫu nước │ │ Phân tích LAB│ │ Xử lý số liệu│
│ - TCVN 6663-1│ │ - TCVN 6492 │ │ - Excel │
│ - Chai 1-2 L │ │ - TCVN 9294 │ │ - Đối chiếu │
│ - Tọa độ GPS │ │ - TCVN 6177 │ │ QCVN 40 │
└──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘
Đánh giá và phân tích kết quả
Dữ liệu quan trắc phân tích chất lượng nước thải đầu vào (chưa xử lý) và đầu ra (sau trạm xử lý Lamella + lọc trọng lực) tại mỏ than Hà Tu cho thấy hiệu quả làm sạch vượt trội:
| Thông số quan trắc |
Đơn vị |
Phương pháp thử nghiệm |
Nước thải đầu vào (Chưa xử lý) |
Nước thải đầu ra (Sau xử lý) |
QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) |
Hiệu suất xử lý (%) |
| Độ pH |
- |
TCVN 6492:2011 |
$4{,}42$ |
$7{,}65$ |
$5{,}5 - 9{,}0$ |
Trung hòa hoàn toàn |
| Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) |
$\text{mg/L}$ |
TCVN 9294:2012 |
$988{,}10$ |
$28{,}40$ |
$100{,}00$ |
$97{,}13%$ |
| Tổng hàm lượng Sắt (Fe) |
$\text{mg/L}$ |
TCVN 6177-1996 |
$10{,}20$ |
$0{,}45$ |
$5{,}00$ |
$95{,}59%$ |
| Hàm lượng Mangan (Mn) |
$\text{mg/L}$ |
TCVN 6002:1995 |
$5{,}98$ |
$0{,}32$ |
$1{,}00$ |
$94{,}65%$ |
| Hàm lượng Kẽm (Zn) |
$\text{mg/L}$ |
TCCS/PTHH 04:2014 |
$1{,}85$ |
$0{,}08$ |
$3{,}00$ |
$95{,}68%$ |
| Tổng Coliforms |
$\text{MPN/100mL}$ |
TCVN 6187-1:2009 |
$4{,}600$ |
$450$ |
$5{,}000$ |
$90{,}22%$ |
Hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm (%)
TSS [████████████████████████████████████████████████░] 97.13%
Fe [███████████████████████████████████████████████░░] 95.59%
Mn [██████████████████████████████████████████████░░░] 94.65%
Zn [███████████████████████████████████████████████░░] 95.68%
Coliform [██████████████████████████████████████████░░░░░░] 90.22%
Kết quả thực nghiệm khẳng định hệ thống làm sạch triệt để ion kim loại và cặn huyền phù than. Độ pH được nâng từ môi trường axit mạnh ($4{,}42$) lên mức kiềm nhẹ trung tính ($7{,}65$), tạo điều kiện lý tưởng để các hợp chất hyđroxit sắt ($\text{Fe(OH)}_3$) và mangan ($\text{Mn(OH)}_4$) kết tủa hoàn toàn. Nồng độ $\text{TSS}$ giảm từ $988{,}1\text{ mg/L}$ xuống $28{,}4\text{ mg/L}$ (thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn $100\text{ mg/L}$ của QCVN 40), đảm bảo nguồn nước sau xử lý an toàn tuyệt đối khi thoát ra hệ thống suối Lộ Phong.
Đổi mới và đóng góp
Đổi mới kỹ thuật công nghệ
- Tích hợp module hợp khối Lamella - Lọc trọng lực tự động: Khác với các hệ thống lắng trọng lực truyền thống đòi hỏi bể lắng kích thước lớn, công nghệ lắng tấm nghiêng đa tầng Lamella tăng diện tích bề mặt lắng lên gấp $4 - 5\text{ lần}$, rút ngắn thời gian lắng từ $3\text{ giờ}$ xuống còn $35 - 45\text{ phút}$.
- Cơ chế sục rửa lọc tự động theo nguyên lý xi-phông chênh áp: Loại bỏ hoàn toàn hệ thống bơm rửa ngược và máy thổi khí rửa lọc chuyên dụng, tiết kiệm điện năng tiêu thụ và đơn giản hóa thao tác vận hành cho công nhân mỏ.
- Tuần hoàn nước thải sản xuất: Khép kín chu trình nước rửa than sàng tuyển và nước dập bụi đường mỏ ($4{,}500\text{ m}^3/\text{ngày}$), giảm thiểu $80%$ lượng nước khai thác thô từ tự nhiên.
Đóng góp thực tiễn cho ngành khai thác khoáng sản
- Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về động thái biến thiên chất lượng nước mỏ than lộ thiên vùng Hòn Gai qua nhiều chu kỳ thời tiết.
- Thiết lập mô hình mẫu về trạm xử lý nước thải công nghiệp hợp khối có thể nhân rộng cho các đơn vị trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) và Tổng công ty Đông Bắc.
- Giải quyết triệt để bài toán xung đột môi trường giữa hoạt động công nghiệp khai khoáng và ngành du lịch sinh thái tại khu vực thành phố Hạ Long.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản vận hành thực tế
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ Kịch bản vận hành theo mùa thời tiết │
└──────────────────────┬───────────────────────┘
│
┌─────────────────────────┴─────────────────────────┐
▼ ▼
┌──────────────────────────────────┐ ┌──────────────────────────────────┐
│ Kịch bản 1: Mùa mưa lũ │ │ Kịch bản 2: Mùa khô │
│ - Lưu lượng: ~180 m3/h │ │ - Lưu lượng: ~70 m3/h │
│ - 3 module Lamella chạy song song│ │ - 1-2 module Lamella vận hành │
│ - Tăng định mức Ca(OH)2 và PAC │ │ - 100% nước sau lọc tuần hoàn │
│ - Đập rọ đá chắn bùn thô chân bãi│ │ cấp cho xe tưới đường dập bụi │
└──────────────────────────────────┘ └──────────────────────────────────┘
Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật (ROI)
- Tái sử dụng nguồn nước: Tận dụng $600\text{ m}^3/\text{ngày}$ cho sàng tuyển và $4{,}500\text{ m}^3/\text{ngày}$ cho phun sương dập bụi, tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí mua nước thô phục vụ sản xuất hàng năm.
- Tiết kiệm phí bảo vệ môi trường: Việc xả thải nước đạt chuẩn Cột B giúp công ty tránh các khoản phạt hành chính và giảm tối đa thuế tài nguyên - phí xả thải theo Nghị định 201/2013/NĐ-CP.
- Khai thác bùn than: Bùn thải sau máy ép trục vít có độ ẩm $< 30%$ và chứa hàm lượng than cám mịn cao, có thể thu hồi phối trộn làm than thương phẩm cấp thấp, bù đắp một phần chi phí mua hóa chất keo tụ.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật hiện tại
- Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường mỏ: Tủ điều khiển PLC S7-1200 và hệ thống rơ le, cảm biến đo pH online trong điều kiện thời tiết mùa mưa ẩm ướt dễ xảy ra hiện tượng chập cháy tín hiệu, đòi hỏi bảo trì thường xuyên.
- Bụi hóa chất: Công tác pha chế sữa vôi bột $\text{Ca(OH)}_2$ tại các bồn hở thủ công phát tán bụi vôi mịn, gây ảnh hưởng đến hệ hô hấp của công nhân vận hành.
- Dao động chất lượng nước moong: Sự thay đổi màu nước từ "nước đen" (nhiễm than mịn) sang "nước vàng" (nhiễm sắt cao) đòi hỏi người vận hành phải liên tục hiệu chỉnh liều lượng PAC/PAM thủ công.
Hướng phát triển và nâng cấp
- Nâng cấp silô cấp vôi kín tự động: Lắp đặt hệ thống silô chứa vôi bột nạp tự động bằng khí nén kèm vít tải định lượng kín, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ bụi phát tán ra môi trường làm việc.
- Nâng chuẩn bảo vệ tủ điều khiển: Thay thế vỏ tủ điện tiêu chuẩn IP66/IP67 có trang bị bộ sấy chống ẩm tự động và cách ly quang điện cho toàn bộ module analog đầu vào của PLC.
- Ứng dụng hệ thống giám sát SCADA & IoT: Truyền dữ liệu quan trắc pH, TSS, lưu lượng xả thải thời gian thực về Trung tâm điều hành sản xuất tập trung của mỏ than Hà Tu và Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Ninh.
Đối tượng hưởng lợi
┌───────────────────────────┐
│ Đối tượng hưởng lợi │
└─────────────┬─────────────┘
│
┌───────────────────┬───────────────┴───────────────┬───────────────────┐
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌──────────────────┐┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐┌──────────────────┐
│ Sinh viên ││ Kỹ sư vận hành │ │ Doanh nghiệp mỏ ││ Cơ quan quản lý │
│- Học liệu thực tế││- Quy trình chuẩn │ │- Giảm chi phí ││- Bộ dữ liệu chuẩn│
│- Nghiên cứu hóa lý││- Kinh nghiệm xử lý│ │- Tránh phạt thải ││- Dễ giám sát môi│
│- Báo cáo mẫu mực ││ sự cố trạm mỏ │ │- Khép kín nguồn ││ trường mỏ than │
└──────────────────┘└──────────────────┘ └──────────────────┘└──────────────────┘
- Sinh viên ngành Môi trường & Khai khoáng: Nguồn tài liệu tham khảo thực tế về tính toán công nghệ, hóa chất xử lý nước mỏ lộ thiên và quy chuẩn quan trắc.
- Kỹ sư vận hành trạm xử lý nước thải: Nắm vững thông số công nghệ thiết bị Lamella, bồn lọc tự rửa và định mức hóa chất thực tế ($\text{Ca(OH)}_2\ 210\text{ g/m}^3$, $\text{PAC } 18\text{ g/m}^3$, $\text{PAM } 1\text{ g/m}^3$).
- Doanh nghiệp khai thác than (TKV, Vinacomin): Có cơ sở khoa học để tối ưu hóa chi phí đầu tư và chi phí vận hành cho các trạm xử lý nước thải moong mỏ lân cận.
- Cơ quan quản lý nhà nước & Cộng đồng: Đảm bảo tải lượng chất thải xả ra lưu vực suối Lộ Phong luôn nằm trong ngưỡng an toàn sinh thái, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên thành phố Hạ Long.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai trạm xử lý nước thải mỏ than tương tự là gì?
Cần xây dựng trạm biến áp phụ tải tối thiểu $100\text{ kVA} - 6(22)/0{,}4\text{ kV}$, bố trí mặt bằng công nghiệp bằng phẳng có diện tích từ $500 - 1{,}000\text{ m}^2$ gần cửa xả moong, hệ thống bể lắng thô sơ bộ $1 - 2$ ngăn và nhà điều hành che chắn cho bồn hóa chất, tủ PLC và máy ép bùn.
2. Giới hạn công suất của công nghệ Lamella hợp khối và phương án mở rộng khi lưu lượng tăng?
Một module Lamella hợp khối chế tạo sẵn thường đạt công suất tối ưu $100 - 110\text{ m}^3/\text{h}$. Khi mỏ mở rộng khai trường hoặc lưu lượng mùa mưa tăng đột biến, hệ thống dễ dàng mở rộng theo dạng module lắp ghép song song ($2 - 3\text{ đơn nguyên}$) mà không cần phá vỡ cấu trúc xây dựng ban đầu.
3. Nước thải sau xử lý có tái sử dụng được cho sinh hoạt của công nhân mỏ không?
Nước thải sau lọc trọng lực đã đạt chuẩn Cột B QCVN 40:2011/BTNMT, phù hợp tuyệt đối cho tái sử dụng phục vụ sản xuất (sàng than, tưới đường dập bụi). Để tái sử dụng cho sinh hoạt (ăn uống, tắm giặt), nước cần qua thêm công đoạn khử trùng Clorin/Ozone và hệ thống lọc tinh khử khoáng đạt chuẩn QCVN 01:2009/BYT hoặc QCVN 02:2009/BYT.
4. Chi phí tiêu hao hóa chất trung bình để xử lý $1\text{ m}^3$ nước thải mỏ than là bao nhiêu?
Theo định mức chuẩn tại mỏ than Hà Tu, mỗi mét khối nước thải tiêu tốn trung bình $210\text{ g } \text{Ca(OH)}_2$, $18\text{ g PAC}$ và $1\text{ g PAM}$. Chi phí hóa chất dao động từ $450 - 700\text{ VNĐ/m}^3$ nước thải tùy thuộc vào nồng độ axit ban đầu của moong.
5. Thời gian hoàn nguyên rửa ngược của bồn lọc trọng lực tự động kéo dài bao lâu?
Chu trình rửa ngược diễn ra hoàn toàn tự động nhờ nguyên lý cân bằng áp suất thủy lực khi lớp cặn bẩn làm tăng trở lực lọc, thời gian sục rửa chỉ kéo dài từ $3 - 5\text{ phút}$, sau đó van phao tự đóng và hệ thống tiếp tục chu trình lọc mới mà không làm gián đoạn dòng chảy tổng thể.
Kết luận
Đề tài "Đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của mỏ than Hà Tu, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh" đã chứng minh tính đúng đắn và hiệu quả vượt trội của việc ứng dụng dây chuyền công nghệ hóa lý kết hợp lắng cao tải Lamella và lọc trọng lực tự động trong xử lý nước thải mỏ than lộ thiên. Hệ thống đã giải quyết triệt để 3 vấn đề ô nhiễm cốt lõi: trung hòa hoàn toàn tính axit do quặng pirit sinh ra (nâng pH từ $4{,}42$ lên $7{,}65$), khử bỏ $97{,}13%$ chất rắn lơ lửng ($\text{TSS}$ giảm còn $28{,}4\text{ mg/L}$) và loại bỏ trên $94 - 95%$ hàm lượng kim loại nặng sắt, mangan hòa tan, đưa nước thải về ngưỡng an toàn theo quy chuẩn quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT.
Kết quả nghiên cứu mở ra giải pháp kỹ thuật khả thi, tiết kiệm diện tích và chi phí cho các doanh nghiệp ngành than, góp phần quan trọng vào chiến lược phát triển kinh tế bền vững gắn liền với bảo vệ môi trường sinh thái vịnh Hạ Long.
