Giới thiệu dự án

Hoạt động khai thác khoáng sản kim loại và than đá đóng vai trò huyết mạch trong chiến lược công nghiệp hóa của Việt Nam, cung cấp nguồn nguyên liệu sơ cấp quan trọng cho nền kinh tế. Tỉnh Quảng Ninh là một trong những trung tâm khoáng sản lớn nhất cả nước với trữ lượng quặng antimon (Sb) và than đá dồi dào. Theo số liệu thống kê từ Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), tổng lượng nước thải phát sinh từ ngành công nghiệp khai khoáng tại Quảng Ninh đạt khoảng $236.850\text{ m}^3/\text{ngày}$ (tương đương $86,45\text{ triệu m}^3/\text{năm}$), trong đó nước thải mỏ hầm lò chiếm tới $220.414\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($80,45\text{ triệu m}^3/\text{năm}$). Dù hơn 30 trạm xử lý nước thải mỏ đã được đưa vào vận hành từ sau năm 2008, áp lực ô nhiễm môi trường nước mặt tại các khu vực nhạy cảm như vịnh Hạ Long, huyện Hải Hà và thành phố Móng Cái vẫn là bài toán cấp bách.

Tại mỏ Antimon thuộc Doanh nghiệp tư nhân Xí nghiệp Thống Nhất (xã Quảng Thành, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh) với diện tích khai thác 15 ha và công suất chế biến quặng đạt $2.200\text{ tấn quặng Sb}\le 25%/\text{năm}$, $1.600\text{ tấn bột oxit }\text{Sb}_2\text{O}_3\ge 98%/\text{năm}$, nước thải phát sinh từ quá trình đào lò, khai thác lộ thiên và dây chuyền nghiền tuyển quặng có nồng độ chất ô nhiễm rất cao. Nước thải hầm lò tại đây có tính axit mạnh ($\text{pH} \approx 4,39 - 4,46$), hàm lượng cặn lơ lửng lớn ($\text{TSS} > 300\text{ mg/L}$), đi kèm nồng độ kim loại nặng hòa tan vượt nhiều lần quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, đặc biệt là Sắt ($\text{Fe} > 11\text{ mg/L}$), Mangan ($\text{Mn} > 2,6\text{ mg/L}$) và Antimon hòa tan ($\text{Sb} > 24\text{ mg/L}$). Hiện tượng bồi lắng lòng suối, suy thoái hệ sinh thái thủy sinh và nguy cơ xâm nhập kim loại nặng vào chuỗi thức ăn là những thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng.

Nước ngầm + Nước mưa + Khoáng Pyrit/Stibnit

Trước thực trạng đó, đề tài khóa luận tốt nghiệp "Đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước thải sản xuất tại mỏ Antimon Hải Hà - Quảng Ninh và đề xuất công nghệ xử lý" của tác giả Vàng Láo Lở (Khoa Môi trường, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của TS. Hà Xuân Linh) được triển khai nhằm giải quyết triệt để các tồn tại trên.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước thải sản xuất và nước thải hầm lò tại mỏ Antimon Hải Hà qua chuỗi số liệu quan trắc 5 tháng liên tục (từ tháng 07/2017 đến tháng 11/2017).
  2. Kiểm chứng và đánh giá hiệu quả vận hành thực tế của hệ thống xử lý nước thải hiện hữu tại mỏ dựa trên các thông số đặc trưng ($\text{pH}$, $\text{COD}$, $\text{Fe}$, $\text{Mn}$, $\text{Sb}$, Độ đục).
  3. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý cải tiến tích hợp oxy hóa - nâng kiềm cục bộ - keo tụ tạo bông kết hợp lắng Lamen (Lamella) và lọc áp lực khử mangan, đảm bảo nước thải đầu ra đạt Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
  4. Thiết lập phương án quản lý môi trường mỏ theo tiêu chuẩn ISO 14001:2015, mở ra tiềm năng tái tuần hoàn nước sau xử lý cho các công đoạn phun sương dập bụi hầm lò và sinh hoạt mỏ (nhu cầu cấp nước sinh hoạt mỏ ước tính $135\text{ lít/người/ngày}$).

Phạm vi và giới hạn đề tài:

  • Phạm vi không gian: Khu vực khai thác và trạm xử lý nước thải hầm lò mỏ Antimon, Xí nghiệp Thống Nhất, xã Quảng Thành, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh.
  • Phạm vi thời gian: Đợt quan trắc, lấy mẫu và thử nghiệm thực địa kéo dài 5 tháng (07/2017 - 11/2017).
  • Giới hạn nội dung: Tập trung vào các chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng đặc thù của nước thải khoáng sản antimon và thiết kế công nghệ xử lý hóa lý - lọc cơ học.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Nước thải mỏ khoáng sản antimon mang đầy đủ đặc tính của dòng thải axit mỏ (Acid Mine Drainage - AMD). Cơ chế sinh ra axit xuất phát từ phản ứng oxy hóa khoáng vật pyrit ($\text{FeS}_2$) và stibnit ($\text{Sb}_2\text{S}_3$) khi tiếp xúc với không khí và nước ngầm dưới sự xúc tác của vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng Thiobacillus ferrooxidans và Thiobacillus thiooxidans:

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

$$2\text{FeSO}_4 + \frac{1}{2}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{\text{T. ferrooxidans}} \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{O}$$

$$\text{FeS}_2 + \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \longrightarrow 3\text{FeSO}_4 + \text{S}^0$$

$$\text{S}^0 + \text{H}_2\text{O} + \frac{3}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{\text{T. thiooxidans}} \text{H}_2\text{SO}_4$$

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

Hệ thống xử lý cũ tại nhiều mỏ khoáng sản thường chỉ dùng phương pháp trung hòa đơn giản bằng sữa vôi trong hố lắng hở, dẫn đến nhiều hạn chế kỹ thuật.

Tiêu chí so sánh Hệ thống trung hòa vôi truyền thống Hệ sinh thái đất ngập nước nhân tạo (Wetland) Công nghệ Hóa lý - Keo tụ Lamen - Lọc áp lực đề xuất
Cơ chế chính Châm vôi trực tiếp, lắng trọng lực tự nhiên Hấp phụ sinh học qua thực vật & khử sunfat kỵ khí Oxy hóa + Nâng $\text{pH } (8,5-9,0)$ + Keo tụ PAC/PA + Lắng Lamen + Lọc $\text{MnO}_2$
Xử lý Mangan ($\text{Mn}$) Kém (chỉ khử được $< 30%$ do $\text{pH}$ không tối ưu) Trung bình ($40-60%$, biến động theo mùa) Rất cao ($> 75%$, kiểm soát bằng vật liệu lọc $\text{MnO}_2$)
Xử lý Kim loại nặng ($\text{Sb, Fe}$) Trung bình ($\text{Fe}$ lắng một phần, $\text{Sb}$ khó kết tủa) Khá ($60-70%$ đối với nồng độ thấp) Xuất sắc ($> 65%$ đối với $\text{Sb}$, $> 70%$ đối với $\text{Fe}$)
Thời gian lưu nước (HRT) $6 - 12\text{ giờ}$ $3 - 7\text{ ngày}$ $1,5 - 2,5\text{ giờ}$
Diện tích mặt bằng Lớn (cần hồ lắng thể tích lớn) Rất lớn ($> 5.000\text{ m}^2$) Nhỏ gọn (giảm $40%$ nhờ module Lamella)
Chi phí vận hành & hóa chất Thấp nhưng hiệu quả không ổn định Rất thấp (không dùng hóa chất) Hợp lý, tối ưu định lượng hóa chất qua đo $\text{pH}$ tự động

Phân tích yêu cầu hệ thống theo khung MoSCoW:

  • Must Have (Bắt buộc phải có): Nâng $\text{pH}$ từ $4,4$ lên vùng $7,0 - 8,5$; giảm hàm lượng $\text{Fe}$ từ $>11\text{ mg/L}$ xuống $< 5\text{ mg/L}$; giảm $\text{Mn}$ từ $>2,6\text{ mg/L}$ xuống $< 1\text{ mg/L}$; loại bỏ cặn lơ lửng đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
  • Should Have (Nên có): Thiết bị đo $\text{pH}$ tự động điều khiển bơm định lượng kiềm; tấm lắng lamen góc nghiêng $60^\circ$ tăng tốc độ phân tách pha lỏng - rắn; hệ thống ép bùn cơ giới.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Bể trung hòa axit sau lắng để chuẩn hóa $\text{pH}$ về $7,0$; module lọc than hoạt tính hấp phụ vết kim loại; module màng lọc UF/RO tái sử dụng nước sinh hoạt.
  • Won't Have (Chưa áp dụng giai đoạn này): Hệ thống màng lọc Nano/RO công suất lớn do chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu tiền xử lý khắt khe.

Thiết kế hệ thống

Quy trình công nghệ xử lý nước thải sản xuất mỏ Antimon Hải Hà được thiết kế theo sơ đồ module liên hoàn, tích hợp các công đoạn cơ học, hóa lý và lọc áp lực:

[Nước thải mỏ hầm lò] 
[Bể trung hòa]                  [Bể chứa bùn & Máy ép bùn]
[Bể lọc áp lực đa tầng]
(Cát thạch anh + Cát mangan MnO2)
[Nguồn tiếp nhận / Tái sử dụng] 
(Đạt QCVN 40:2011/BTNMT, Cột B)

Thông số kỹ thuật của Technology Stack và Hóa chất sử dụng:

  • Hóa chất keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride - $[\text{Al}_n(\text{OH})m\text{Cl}{3n-m}]_x$): Độ tinh khiết $\ge 30%\text{ Al}_2\text{O}_3$, liều lượng tối ưu $40 - 60\text{ mg/L}$.
  • Chất trợ keo tụ PA (Anionic Polyacrylamide - $[-\text{CH}_2\text{CH}(\text{CONH}_2)-]_n$): Trọng lượng phân tử $12 - 15\text{ triệu Dalton}$, nồng độ pha chế chế phẩm $0,1%$, liều lượng châm $1 - 2\text{ mg/L}$.
  • Tác nhân trung hòa & Nâng kiềm: Sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ dạng nhũ tương $10%$ hoặc $\text{NaOH } 30%$, định lượng tự động qua cảm biến $\text{pH}$ công nghiệp chuẩn IP68.
  • Vật liệu lọc: Cát lọc thạch anh (cỡ hạt $0,8 - 1,2\text{ mm}$), than hoạt tính gáo dừa và cát Mangan hoạt tính ($\text{MnO}_2 \ge 40%$) với khả năng xúc tác khử mangan hòa tan triệt để.
  • Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng: TCVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài) và TCXD 51:2008 của Bộ Xây dựng.

Methodology

Nghiên cứu áp dụng quy trình kiểm soát chất lượng mẫu và dữ liệu nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế:

Khung tiêu chuẩn phân tích phòng thí nghiệm:

  • Lấy mẫu và bảo quản: Thực hiện theo TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) và TCVN 6663-3:2008 (ISO 5667-3:2003). Mẫu phân tích kim loại nặng được axit hóa ngay tại hiện trường bằng dung dịch $\text{HNO}_3$ tinh khiết phân tích về $\text{pH} < 2$.
  • Đo pH tại hiện trường: Căn cứ TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008) bằng máy đo điện cực cầm tay đã chuẩn hóa với dung dịch đệm $\text{pH } 4,01$ và $\text{pH } 7,00$.
  • Xác định COD: Phương pháp chuẩn theo TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) phá mẫu bằng bicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) trong môi trường axit đun hồi lưu.
  • Xác định Mangan (Mn): Thực hiện theo TCVN 6002:1995 - Phương pháp trắc phổ sử dụng thuốc thử formaldoxim.
  • Xác định Sắt tổng số (Fe): Thực hiện theo TCVN 6177:1996 - Phương pháp trắc phổ sử dụng thuốc thử $1,10\text{-phenanthrolin}$.
  • Xác định Antimon (Sb): Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (AAS).
  • Phần mềm xử lý số liệu: MS Excel và Minitab để tính toán phương sai, độ lệch chuẩn và biểu đồ kiểm soát chất lượng thống kê.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình triển khai thực nghiệm và tối ưu hóa hệ thống xử lý tại mỏ Antimon Hải Hà trải qua 4 giai đoạn kỹ thuật:

  1. Giai đoạn 1 - Khảo sát và phân vùng nguồn thải: Phân lập tách bạch nguồn nước mưa chảy tràn bề mặt (qua hệ thống rãnh hở kích thước sâu $4\text{ m} \times \text{rộng } 3\text{ m}$, có vách ngăn cao $3\text{ m}$ lắng bùn cát) và nguồn nước rỉ hầm lò chứa axit cao.
  2. Giai đoạn 2 - Thử nghiệm Jartest xác định điều kiện keo tụ tối ưu:
    • Xác lập ngưỡng $\text{pH}$ tối ưu cho quá trình đồng kết tủa $\text{Fe}^{3+}$ và $\text{Mn}^{2+}$ là $\text{pH} = 8,8 \pm 0,2$.
    • Tốc độ khuấy nhanh tạo mầm: $150\text{ rpm}$ trong $90\text{ giây}$.
    • Tốc độ khuấy chậm tạo bông keo tụ: $40\text{ rpm}$ trong $15\text{ phút}$.
  3. Giai đoạn 3 - Cải tạo cấu trúc module lắng và lọc: Lắp đặt khối ống lắng nghiêng lamen vật liệu PP nguyên sinh góc dốc $60^\circ$ vào bể lắng hiện hữu nhằm nâng tải trọng bề mặt lên $2,5 - 3,0\text{ m}^3/\text{m}^2\cdot\text{h}$. Bổ sung cột lọc áp lực chứa cát mangan $\text{MnO}_2$.
  4. Giai đoạn 4 - Vận hành và giám sát liên tục 5 tháng: Thực hiện lấy mẫu đối chứng đầu vào (NT1) và đầu ra (NT2) liên tục từ tháng 7 đến tháng 11/2017.
+-------------------------------------------------------------------------+
|                  CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG BỂ XỬ LÝ                 |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  1. Oxy hóa & Nâng pH:                                                  |
|                                                                         |
|  2. Keo tụ PAC & Polymer PA:                                            |
|                                                                         |
|  3. Xúc tác lọc Mangan:                                                 |
+-------------------------------------------------------------------------+

Testing và validation

Số liệu quan trắc thực tế trong 5 tháng (07/2017 - 11/2017) được Viện Kỹ thuật và Công nghệ Môi trường giám định độc lập:

Tháng Thông số pH (NT1 $\rightarrow$ NT2) Mangan - Mn, mg/L (NT1 $\rightarrow$ NT2) Sắt - Fe, mg/L (NT1 $\rightarrow$ NT2) COD, mg/L (NT1 $\rightarrow$ NT2) Antimon - Sb, mg/L (NT1 $\rightarrow$ NT2) Độ đục, NTU (NT1 $\rightarrow$ NT2)
Tháng 7 $4,45 \rightarrow 7,14$ $2,63 \rightarrow 0,70$ $11,30 \rightarrow 3,46$ $167,0 \rightarrow 134,0$ $24,65 \rightarrow 9,31$ $23,42 \rightarrow 9,34$
Tháng 8 $4,46 \rightarrow 7,20$ $2,61 \rightarrow 0,69$ $11,33 \rightarrow 3,44$ $170,0 \rightarrow 136,0$ $24,67 \rightarrow 9,30$ $23,34 \rightarrow 9,23$
Tháng 9 $4,43 \rightarrow 7,00$ $2,60 \rightarrow 0,65$ $11,10 \rightarrow 3,45$ $175,0 \rightarrow 138,0$ $24,12 \rightarrow 9,10$ $23,34 \rightarrow 9,23$
Tháng 10 $4,39 \rightarrow 7,12$ $2,59 \rightarrow 0,64$ $11,11 \rightarrow 3,39$ $159,0 \rightarrow 130,0$ $24,13 \rightarrow 9,11$ $23,34 \rightarrow 9,23$
Tháng 11 $4,39 \rightarrow 7,15$ $2,57 \rightarrow 0,64$ $11,13 \rightarrow 3,37$ $160,8 \rightarrow 131,0$ $24,12 \rightarrow 9,15$ $23,34 \rightarrow 9,23$
QCVN 40 (Cột B) $5,5 - 9,0$ $1,0\text{ mg/L}$ $5,0\text{ mg/L}$ $150\text{ mg/L}$ -- --

(Ghi chú: NT1 = Mẫu nước thải thô trước xử lý; NT2 = Mẫu nước thải sau xử lý qua hệ thống).

Kết quả đạt được

Hệ thống xử lý cải tiến mang lại hiệu suất làm sạch vượt trội trên tất cả các chỉ tiêu quan trắc:

[Hiệu suất xử lý trung bình qua 5 tháng]
- pH            : Nâng từ 4.42 (Axit mạnh) lên 7.12 (Trung tính ổn định)
  1. Chỉ số pH: Tăng từ giá trị axit trung bình $4,42$ lên mức trung tính lý tưởng $7,12$ (tăng $61,09%$), triệt tiêu hoàn toàn khả năng hòa tan kim loại nặng ra nguồn tiếp nhận bên ngoài.
  2. Hàm lượng Mangan (Mn): Giảm từ mức trung bình $2,60\text{ mg/L}$ xuống còn $0,66\text{ mg/L}$ (hiệu suất xử lý đạt $74,62%$), nằm sâu dưới ngưỡng quy chuẩn cho phép ($1,0\text{ mg/L}$).
  3. Hàm lượng Sắt (Fe): Giảm từ $11,19\text{ mg/L}$ xuống $3,42\text{ mg/L}$ (hiệu suất đạt $69,44%$), đáp ứng nghiêm ngặt giới hạn Cột B ($5,0\text{ mg/L}$).
  4. Hàm lượng Antimon (Sb): Giảm từ $24,34\text{ mg/L}$ xuống $9,19\text{ mg/L}$ (hiệu suất $62,24%$) nhờ cơ chế đồng kết tủa và hấp phụ trên bông cặn $\text{Fe(OH)}_3$.
  5. Nhu cầu oxy hóa học (COD): Giảm từ $166,36\text{ mg/L}$ xuống $133,80\text{ mg/L}$ (hiệu suất $19,57%$), đưa nước thải từ trạng thái vượt ngưỡng về mức đạt quy chuẩn ($< 150\text{ mg/L}$).
  6. Độ đục quang học: Giảm mạnh từ $23,36\text{ NTU}$ xuống còn $9,25\text{ NTU}$ (giảm $60,40%$), tạo cảm quan trong suốt, loại bỏ cặn sét lơ lửng.

Đổi mới và đóng góp

  1. Tối ưu hóa hóa lý đa cấp độ kết tủa kim loại: Đề tài đã làm sáng tỏ cơ chế oxy hóa - kết tủa Mangan và Antimon mà không cần dùng đến các chất oxy hóa mạnh đắt tiền ($\text{KMnO}_4\text{ hay }\text{O}_3$). Bằng cách điều chỉnh $\text{pH}$ cục bộ lên $8,5 - 9,0$ kết hợp sục khí cưỡng bức, toàn bộ $\text{Fe}^{2+}$ và $\text{Mn}^{2+}$ chuyển hóa thành dạng kết tủa hydroxit và oxit không tan, sau đó được keo tụ bằng hệ chất trợ keo kép PAC + Polymer Anion PA.
  2. Giải pháp cải tạo module Lamella tải trọng cao: Tận dụng cụm bể lắng hiện hữu và lắp đặt khối lắng lamen góc nghiêng $60^\circ$ giúp tăng diện tích lắng hiệu dụng lên gấp $3 - 4\text{ lần}$, giảm $40%$ diện tích mặt bằng xây dựng so với bể lắng trọng lực thông thường.
  3. Mô hình kinh tế tuần hoàn nước mỏ: Nước thải sau xử lý đạt giới hạn $\text{SS} \le 20\text{ mg/L}$ và nồng độ kim loại thấp, mở ra khả năng tái cấp nước phục vụ dập bụi phun sương trong gương lò chợ mỏ antimon, giúp tiết kiệm hàng chục nghìn mét khối nước sạch mỗi năm cho đơn vị khai thác.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

Giải pháp công nghệ được thiết kế tương thích cao cho các nhà máy tuyển quặng, cơ sở chế biến bột oxit antimon ($\text{Sb}_2\text{O}_3$), cũng như các mỏ than hầm lò và lộ thiên trên toàn địa bàn tỉnh Quảng Ninh và các tỉnh miền núi phía Bắc (Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn).

Lộ trình triển khai 4 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 (Tháng 1): Khảo sát lưu lượng xả thải theo mùa, kiểm toán hóa dòng thải và phân tách dòng nước mưa bề mặt với nước hầm lò.
  • Giai đoạn 2 (Tháng 2 - 3): Gia công lắp đặt tấm lắng Lamella trong bể lắng hiện hữu; lắp đặt bồn chứa sữa vôi, máy cấp khí nén và trạm bơm định lượng tự động kiểm soát bằng sensor $\text{pH}$.
  • Giai đoạn 3 (Tháng 4): Lắp đặt bồn lọc áp lực đa tầng chứa cát $\text{MnO}_2$; vận hành chạy thử không tải và có tải với lưu lượng tăng dần.
  • Giai đoạn 4 (Tháng 5 trở đi): Hiệu chuẩn định lượng hóa chất tối ưu; đào tạo vận hành cho đội ngũ kỹ thuật mỏ; áp dụng quy trình kiểm soát chất lượng môi trường định kỳ theo ISO 14001:2015.

Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật (Cost-Benefit Analysis):

  • Chi phí đầu tư (CapEx): Giảm $35 - 45%$ nhờ việc tận dụng kết cấu bể bê tông sẵn có tại mỏ và chỉ lắp thêm các module thiết bị chuyên dụng.
  • Chi phí vận hành (OpEx): Tiết kiệm $25%$ lượng vôi và kiềm tiêu thụ nhờ thiết bị giám sát $\text{pH}$ tự động.
  • Lợi ích kinh tế gián tiếp: Giảm $100%$ các khoản phạt vi phạm hành chính về xả thải vượt chuẩn; tiết kiệm chi phí mua nước thô phục vụ sản xuất nhờ tuần hoàn tái sử dụng $40 - 50%$ lượng nước thải sau xử lý.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật:

  • Quá trình nâng $\text{pH}$ lên $8,5 - 9,0$ để loại bỏ mangan đòi hỏi bổ sung bước trung hòa axit trước khi xả thải nếu quy chuẩn nguồn tiếp nhận yêu cầu $\text{pH} \le 8,0$.
  • Lượng bùn thải chứa hydroxit kim loại ($\text{Fe, Mn, Sb}$) phát sinh lớn, cần được thu gom và xử lý nghiêm ngặt theo quy định về bùn thải nguy hại theo Thông tư 36/2015/TT-BTNMT.
  • Chưa xử lý triệt để ion sunfat ($\text{SO}_4^{2-}$) hòa tan nồng độ cao vốn là đặc trưng của nước mỏ axit.

Hướng phát triển tiếp theo:

  1. Nghiên cứu tích hợp module màng siêu lọc UF (Ultrafiltration) và lọc màng thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis) sau cột lọc áp lực để nâng cấp chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT và nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT.
  2. Ứng dụng công nghệ xử lý sinh học thụ động bằng vi khuẩn khử sunfat (Sulfate Reducing Bacteria - SRB) trong bể kỵ khí để thu hồi kim loại quý dưới dạng sunfua kim loại không tan, biến bùn thải thành tài nguyên thứ cấp.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường: Tiếp cận tài liệu thực chứng toàn diện về bài toán xử lý thoát nước axit mỏ (AMD), phương pháp luận quan trắc hiện trường và phân tích số liệu thực nghiệm khoa học.
  • Kỹ sư vận hành & Doanh nghiệp khai khoáng: Nhận chuyển giao quy trình thiết kế, cải tạo trạm xử lý nước thải chi phí thấp, tối ưu hóa hóa chất vận hành và đảm bảo an toàn pháp lý khi thanh tra môi trường.
  • Cơ quan Quản lý Nhà nước (Sở TN&MT): Sở hữu cơ sở dữ liệu quan trắc thực tế về tải lượng phát thải của ngành công nghiệp antimon phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông suối.
  • Cộng đồng dân cư địa phương: Được bảo vệ nguồn nước mặt, ngăn chặn nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng mãn tính và cải thiện sinh kế nông lâm nghiệp xung quanh khu vực mỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để nâng cấp trạm xử lý nước thải mỏ antimon là gì?

Cần bổ sung hệ thống cấp khí sục oxy hóa cưỡng bức, trạm châm hóa chất nâng $\text{pH}$ tự động kết hợp sensor đo đạc trực tuyến, lắp đặt module tấm lắng lamen góc $60^\circ$ tại bể lắng và tích hợp bồn lọc áp lực khử mangan chuyên dụng chứa vật liệu cát $\text{MnO}_2$.

2. Làm thế nào để loại bỏ triệt để Mangan hòa tan trong nước thải mà không cần dùng hóa chất oxy hóa đắt tiền?

Duy trì $\text{pH}$ môi trường phản ứng ở ngưỡng kiềm nhẹ $8,5 - 9,0$ kết hợp sục khí nén phân tán đều để thúc đẩy quá trình oxy hóa $\text{Mn}^{2+} \rightarrow \text{Mn}^{4+}$, tạo kết tủa oxit mangan không tan $\text{MnO(OH)}_2$ kết hợp lọc xúc tác qua lớp cát $\text{MnO}_2$.

3. Nước thải sau khi xử lý qua hệ thống có thể tái sử dụng cho mục đích nào tại mỏ?

Nước sau xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) với hàm lượng cặn $\text{TSS} \le 20\text{ mg/L}$ và nồng độ kim loại thấp, hoàn toàn đủ điều kiện sử dụng cho hệ thống phun sương dập bụi gương lò hầm lò, rửa xe chuyên dụng, tưới đường vận chuyển và phối trộn tuyển quặng.

4. Bùn thải phát sinh từ bể lắng Lamen được quản lý và xử lý như thế nào?

Bùn cặn hydroxit kim loại nặng từ đáy bể lắng Lamen được bơm định kỳ sang bể chứa bùn, nạp hóa chất trợ keo tụ và đưa qua máy ép bùn khung bản. Bánh bùn sau ép được đóng bao kín, dán mã cảnh báo chất thải nguy hại và chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý theo đúng Thông tư 36/2015/TT-BTNMT.

5. Thời gian thu hồi vốn (ROI) và hiệu quả tài chính của dự án cải tạo này ra sao?

Thời gian hoàn vốn ước tính từ $1,5 - 2,0\text{ năm}$ thông qua việc cắt giảm phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp, loại bỏ rủi ro xử phạt vi phạm hành chính và tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí mua nước sạch nhờ tái tuần hoàn dòng thải tại chỗ.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Vàng Láo Lở đã giải quyết bài toán môi trường cấp thiết tại mỏ Antimon Hải Hà - Quảng Ninh. Bằng phương pháp luận khoa học, kết hợp khảo sát thực địa và phân tích thực nghiệm chi tiết qua 5 tháng, đề tài đã chứng minh tính khả thi của công nghệ xử lý hóa lý đa bậc kết hợp lắng Lamen và lọc áp lực khử mangan:

  • Đưa chỉ số $\text{pH}$ từ môi trường axit mạnh ($4,42$) về trung tính ($7,12$).
  • Loại bỏ $74,62%$ hàm lượng Mangan, $69,44%$ hàm lượng Sắt, $62,24%$ hàm lượng Antimon và $60,40%$ độ đục.
  • Đưa $100%$ các chỉ tiêu nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).

Giải pháp không chỉ tháo gỡ điểm nghẽn về mặt công nghệ xử lý nước thải khoáng sản antimon với chi phí tối ưu, mà còn cung cấp nền tảng kỹ thuật vững chắc hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững cho ngành công nghiệp khai khoáng Việt Nam.