MỞ ĐẦU Tỉnh Quảng Ninh có nhiều lợi thế quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và trở thành một trong những địa phương có sự phát triển năng động nhất ở phía Bắc đất nước trong thời kỳ đổi mới. Đặc biệt, tỉnh Quảng Ninh rất giàu tiềm năng phát triển kinh tế, do có nhiều thế mạnh mà các vùng khác không có được, đó là tài nguyên khoáng sản, cảnh quan và các điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển công nghiệp khai thác khoáng sản, kinh tế biển, du lịch, nuôi trồng thủy - hải sản. Song song với những tiềm năng, triển vọng và thành tựu kinh tế đã đạt được trong nhiều năm qua, Quảng Ninh cũng đang đối mặt với những thách thức không nhỏ về môi trường khi phát triển đồng thời nhiều hoạt động kinh tế - xã hội như khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng, lấn biển xây dựng hạ tầng đô thị và khu công nghiệp, phát triển mạng lưới giao thông thủy bộ và cảng biển, nuôi trồng, đánh bắt, chế biến thủy sản, du lịch, dịch vụ, làm nảy sinh nhiều vấn đề mâu thuẫn giữa các ngành kinh tế làm gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái và hệ tài nguyên sinh vật. Chất lượng môi trường ở một số khu vực trọng điểm đã bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh chóng.
Tại Quảng Ninh hoạt động khai thác than đã làm mất đi nhiều cánh rừng là nơi cư trú của các loài động vật, gây ra sự bồi lấp ở các dòng sông, suối, gây ô nhiễm nguồn nước. Hàng năm tại đây hơn 30 triệu m3 nước thải chưa qua xử lý từ hoạt động khai thác than, thải trực tiếp vào môi trường đã làm bẩn nguồn thủy sinh, gây suy thoái tài nguyên, môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến tiềm năng phát triển kinh tế - xã hội và đời sống nhân dân nhiều nơi trong tỉnh. Mặc dù các Công ty khai thác than, trong đó có Công ty than Đông Bắc, đã tiến hành đổi mới công nghệ khai thác than theo hướng sử dụng các loại thiết bị có công suất lớn và phù hợp với quy mô, điều kiện của từng mỏ; giảm chi phí sản xuất; tăng cường công tác đổ bãi thải trong, hạn chế tối đa các ảnh hưởng tiêu cực tới môi 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trường sinh thái; lắp đặt các hệ thống giảm thiểu ô nhiễm do bụi; đặc biệt là đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Tuy nhiên, cho đến nay những giải pháp này chưa khắc phục được tình trạng ô nhiễm.
Do vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài: “Đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh” là cần thiết, nhằm góp phần hạn chế và khắc phục ô nhiễm môi trường nước, đảm bảo sự phát triển bền vững của hoạt động khai thác và sản xuất khoáng sản trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh, góp phần phát triển bền vững không chỉ ngành công nghiệp khai thác than mà còn cả các ngành kinh tế khác của địa phương. Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích, đánh giá được hiện trạng công nghệ, kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải khai thác than tại khu vực nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Khảo sát nguồn gốc, đặc tính nước thải khai thác than hầm lò tại các mỏ thuộc Tổng công ty than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh; - Khảo sát các hệ thống xử lý nước thải khai thác than hầm lò và đặc tính nước thải khai thác than hầm lò sau khi qua hệ thống xử lý nước thải tại các mỏ thuộc Tổng công ty than Đông Bắc; - Đánh giá công nghệ của hệ thống xử lý nước thải khai thác than hầm lò đang vận hành tại Công ty TNHH MTV Thăng Long; - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý cho hệ thống nghiên cứu; - Tính toán thiết bị và chi phí liên quan cho hệ thống xử lý được đề xuất. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
Tổng quan về hoạt động khai thác than 1. Các công nghệ khai thác than Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới hoạt động khai thác than được thực hiện bằng 2 công nghệ chủ yếu đó là khai thác hầm lò và khai thác lộ thiên. Ngoài ra, gần đây một số nước đã thử nghiệm trên quy mô công nghiệp việc khai thác than bằng công nghệ khí hóa lỏng dưới lòng đất (UCG). Công nghệ khai thác than lộ thiên: Đặc điểm nổi bật của hình thức khai thác mỏ lộ thiên là muốn lấy được than thì phải bóc đi một lượng đất phủ trên vỉa và đá bao quanh [1].
Để bóc tách đất đá và khai thác than lộ thiên có thể được tiến hành bằng phương pháp sau: - Bằng phương pháp cơ giới: sử dụng các thiết bị xúc bốc, máy xới; - Bằng đồng bộ công tác khoan nổ mìn; - Bằng phương pháp sức nước: dùng áp lực của dòng nước làm tơi đất đá; - Bằng phương pháp vật lý: dùng dòng điện tần số cao và tần số thấp, phương pháp nhiệt. Hiện nay, tại các mỏ lộ thiên ở nước ta, chủ yếu áp dụng phương pháp khoan nổ mìn. Năng suất của tất cả các loại thiết bị mỏ và chi phí sản xuất mỏ đều phụ thuộc vào tổ chức và chất lượng của công tác khoan nổ mìn. Việc xúc bốc trên mỏ lộ thiên được tiến hành khi khoan nổ mìn xong.
Để phát triển mở rộng mỏ lộ thiên và kéo dài tuổi thọ của mỏ đã áp dụng công nghệ bóc đất đá theo lớp và khai thác chọn lọc để tiết kiệm tài nguyên và nâng cao chất lượng than [1]. Công nghệ khai thác than hầm lò: Quy trình công nghệ khai thác than hầm lò là tập hợp các quá trình mở vỉa và chuẩn bị ruộng than, quá trình khấu than (các biện pháp kỹ thuật để tách than ra khỏi trạng thái nguyên khối trong gương lò thành trạng thái bở rời để vận tải) trong 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các gương khai thác (phần lộ ra của vỉa than), quá trình vận tải than lên mặt đất và hàng loạt các vấn đề khác như sàng tuyển than, thông gió mỏ, thoát nước, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị và năng lượng, các quá trình công nghệ trên mặt bằng công nghiệp [11]. Công nghệ khai thác than hầm lò có thể được chia thành bốn dạng chính là: công nghệ thủ công, công nghệ bán cơ khí hóa, công nghệ cơ khí hóa toàn bộ và công nghệ tự động hóa [11]. Xu hướng phát triển ngành khai thác hầm lò ở các nước tiên tiến trên thế giới là: - Cơ khí hóa toàn bộ và tự động hóa để khai thác và vận chuyển than; - Tập trung hóa việc điều khiển và kiếm tra công tác của các khu vực và thiết bị sản xuất hầm lò nâng cao tính linh hoạt trong việc điều khiển sản xuất, giảm thời gian chết của thiết bị, giảm nhân lực điều khiển máy móc và thiết bị; - Gắn chặt quá trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ môi trường để duy trì sự phát triển bền vững; Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam còn khá lạc hậu so với các nước tiên tiến.
Công nghệ khấu than và đất đá ở các gương lò chủ yếu là thủ công kết hợp với công tác khoan nổ mìn. Trong các gương lò chợ dài các công tác nặng nhọc và tốn thời gian như chống lò, điều khiển áp lực mỏ vẫn phải thao tác thủ công. Tuy nhiên, cho đến nay ngành than hầm lò của nước ta đã cơ khí hóa và bán cơ khí hóa được nhiều khâu công nghệ quan trọng. Công nghệ khí hóa lỏng dưới lòng đất UCG là công nghệ sản xuất khí tổng hợp bằng phương pháp đốt trực tiếp than ngay trong lòng đất, sản phẩm có thể dùng trực tiếp để phát điện có hiệu suất cao, hoặc để điều chế thành metanol và dầu diesel bằng công nghệ khí hóa lỏng.
Bản chất của UCG là biến than dưới lòng đất thành khí tổng hợp và sau đó khai thác 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khí tổng hợp như khí thiên nhiên. Cơ sở của quá trình biến than dưới lòng đất thành khí tổng hợp là phản ứng oxy hóa của nguyên tố cacbon [16]. Trong phương pháp Fischer -Tropsch, than có thể chuyển hóa thành khí gas sau đó được hóa lỏng. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, người Đức đã tiến hành hóa lỏng than bằng phương pháp Bergius khi trộn lẫn than với khí hydro và đốt nóng.
Năm 1976, Tập đoàn NUS (Mỹ) đã triển khai và được cấp bằng sáng chế phương pháp nghiền khô và trộn than với 1% chất xúc tác molypđen. Quá trình hiđro hóa xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra khí tổng hợp và sản phẩm cuối cùng là một dạng nhiên liệu lỏng, như dầu thô, có chứa lượng nhỏ NH3 và lượng đáng kể CO2 [16]. Phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp cũng có khả năng chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu lỏng. Than được luyện trong khoảng nhiệt độ 450 ÷ 7000C, thấp hơn so với nhiệt độ cốc hóa luyện kim (800 ÷ 1000°C).
Ở nhiệt độ này, nhựa than được tạo ra nhiều hơn và sau đó được chế biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiều quốc gia đánh giá cao UCG là một công nghệ năng lượng sạch tiềm năng có nhiều ưu thế hơn so với điện nguyên tử. Công nghệ này còn có ưu điểm là không sử dụng lao động chịu độc hại và nặng nhọc trong lòng đất; giảm chi phí lớn và các công đoạn phức tạp, không gây ô nhiễm môi trường; cho phép tự động hóa ở mức độ cao; sản phẩm có thể vận chuyển đi xa, cung cấp đến nơi tiêu thụ chỉ đơn giản bằng đường ống [16]. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải khai thác than Trong quá trình khai thác, nước thải mỏ than được hình thành từ ba nguồn chính: nước thải mỏ hầm lò, nước thải mỏ lộ thiên, nước thải từ các nhà máy sàng tuyển các bãi thải, kho than.
Trong đó, nước thải hầm lò có số lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm cao hơn nhiều so với các loại nước thải khác. Nước thải từ các mỏ than được đặc trưng bởi độ pH thấp và nồng độ cao của TSS (dao động từ 50 ÷1000 mg/l, trong đó các hạt có kích thước nhỏ hơn 10 µm chiếm đến 80%), Fe, một số kim 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.