Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Khai thác khoáng sản, đặc biệt là khai thác than đá tại tỉnh Quảng Ninh – nơi tập trung trên 3,3 tỷ tấn trong tổng số 3,5 tỷ tấn trữ lượng than đá của cả nước – giữ vai trò trọng yếu trong nền kinh tế quốc dân nhưng đồng thời tạo ra áp lực môi trường rất lớn. Trong các hoạt động sản xuất than hầm lò, ô nhiễm môi trường nước do tháo khô mỏ, nổ mìn, rửa trôi quặng than và tuyển than là vấn đề nhức nhối. Nhằm ngăn chặn các tác động tiêu cực tới các lưu vực tự nhiên, nhiều trạm xử lý nước thải mỏ đã được xây dựng và đưa vào vận hành. Tuy nhiên, dây chuyền xử lý nước thải lại làm phát sinh một lượng lớn bùn cặn nửa rắn; nếu khối lượng bùn thải này không được thu gom, phân định thành phần độc hại và xử lý đồng bộ thì nguy cơ gây ô nhiễm thứ cấp đối với môi trường đất, nước ngầm và hệ sinh thái xung quanh là khó tránh khỏi.
Từ thực tiễn trên, khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vũ Thị Lệ (ngành Khoa học Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, năm 2014) thực hiện đề tài: “Đánh giá thành phần, tính chất bùn thải của hệ thống xử lý nước thải mỏ than Nam Mẫu tại xã Uông Thượng – Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh”.
Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể gồm 4 nội dung:
- Tìm hiểu về mỏ than Nam Mẫu.
- Đánh giá quy trình xử lý, vận hành trạm xử lý nước thải.
- Phân tích chất lượng bùn thải và đánh giá mức độ nguy hại của bùn thải.
- Xây dựng, đề xuất các biện pháp xử lý bùn thải.
Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu tương ứng bao gồm: tổng quan về hoạt động khai thác than tại mỏ than Nam Mẫu; khảo sát thực tế quy trình công nghệ và hiệu quả xử lý nước thải của Trạm xử lý nước thải +125; lấy mẫu và phân tích thực nghiệm các chỉ tiêu hóa lý trong nước thải đầu vào, đầu ra và mẫu bùn thải; đối chiếu số liệu phân tích với các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia để xác định ngưỡng nguy hại của bùn; từ đó đề xuất các giải pháp công nghệ và quy trình quản lý phù hợp cho đơn vị.
Đối tượng nghiên cứu là nước thải và bùn thải tại Trạm xử lý nước thải mỏ than +125 Nam Mẫu (thuộc Công ty than Nam Mẫu – TKV). Phạm vi không gian nghiên cứu đặt tại Trạm xử lý nước thải mỏ than +125 Nam Mẫu, xã Uông Thượng, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh và cơ sở thực tập là Công ty TNHH Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Môi trường Thăng Long. Thời gian thực hiện đề tài kéo dài từ tháng 5 năm 2014 đến tháng 8 năm 2014.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập nền tảng lý luận dựa trên lý thuyết về phân loại bùn cặn và các đặc tính vật lý, hóa học, sinh học của bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải. Theo đó, bùn thải phát sinh trong dây chuyền xử lý gồm bùn sơ cấp (chủ yếu là chất rắn vô cơ, cát, đá vụn, cặn lơ lửng kết tủa), bùn thứ cấp (chủ yếu là sinh khối vi sinh vật giàu chất hữu cơ), bùn kết hợp và bùn hóa học (tạo ra từ quá trình keo tụ bằng hóa chất như vôi, phèn, chất điện ly đa phân tử). Các tính chất vật lý của bùn bao gồm hàm lượng chất rắn tổng số, chất rắn dễ bay hơi (VS – xác định qua độ chênh lệch trọng lượng nung ở 550°C biểu thị hàm lượng chất hữu cơ) và phân bố kích thước hạt. Tính chất hóa học phản ánh độ pH, hàm lượng hữu cơ, các muối vô cơ và kim loại nặng. Tính chất sinh học phản ánh sự hiện diện của các vi sinh vật và mầm bệnh.
Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả trích dẫn gồm:
- Luật Bảo vệ môi trường số 52/2005/QH11;
- Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13;
- Luật Thuế bảo vệ môi trường năm 2010;
- Nghị định số 179/2013/NĐ-CP và Nghị định số 201/2013/NĐ-CP;
- Thông tư số 12/2011/TT-BTNMT quy định về quản lý chất thải nguy hại;
- Thông tư số 32/2013/TT-BTNMT và Thông tư số 43/2013/TT-BTNMT;
- TCXDVN 3989:2012/BXD về mạng lưới thoát nước và cấp nước;
- QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp);
- QCVN 50:2013/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành qua các khâu:
- Thu thập số liệu thứ cấp và khảo sát thực địa: Nghiên cứu hồ sơ thiết kế, tài liệu vận hành trạm xử lý tại cơ sở thực tập và khảo sát thực địa mặt bằng mỏ than.
- Lấy mẫu hiện trường:
- Lấy 2 mẫu nước thải (1 mẫu nước thải đầu vào và 1 mẫu nước thải đầu ra sau xử lý) của Trạm xử lý nước thải +125 Nam Mẫu theo hướng dẫn của TCVN 5999-1995 (ISO 5667-10:1992).
- Lấy 1 mẫu bùn thải tại bể chứa bùn của Trạm xử lý nước thải +125 Nam Mẫu theo TCVN 6663-13:2000.
- Chỉ tiêu và phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
- Nước thải (23 chỉ tiêu): pH (TCVN 6492:2011), BOD5 (TCVN 6001-1:2008), COD (TCVN 6491:1999), S2- (TCVN 6637:2000), PO43-, NO3-, Cl- (TCVN 6494-1:2011 bằng sắc ký lỏng ion), NH4+ (TCVN 6620:2000 bằng phương pháp điện thế), CN- (TCVN 6181:1996), Ni, Cu, Zn, Pb, Cd (TCVN 6193:1996 bằng trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa), As (TCVN 6626:2000 bằng phổ hấp thụ nguyên tử), Mn (TCVN 6002:1995 bằng trắc quang dùng formaldoxim), Fe (TCVN 6177:1996 bằng trắc phổ dùng thuốc thử 1,10-phenanthroline), Hg (TCVN 7877:2008), TSS (TCVN 6625:2000 bằng màng lọc sợi thủy tinh), Clo dư (TCVN 6225-3:2011), tổng Coliform (TCVN 8775:2011 bằng kỹ thuật màng lọc), tổng dầu mỡ (TCVN 7875:2008 bằng phương pháp chiếu hồng ngoại). Mẫu nước được phân tích tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE).
- Bùn thải (12 chỉ tiêu): Cl-, As, Cd, Pb, Cu, tổng Fe2O3, Ni, Zn, Hg, Mn, Clo dư, CN-. Phân tích pH theo ASTM D3278-96; CN- theo EPA SW-846 (phương pháp 9010 hoặc 9012); chiết độc tính theo TCVN 9239:2012 và TCVN 9240:2012. Phân tích kim loại nặng bằng máy hấp thụ nguyên tử PerkinElmer theo phương pháp TCN 01 - I HTNT/94 và QT ĐQ 06; 07 - HTNT 05 với độ nhạy 0,1 ppm tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) phối hợp với Viện IESE.
- Phương pháp xử lý số liệu: Tính toán các tham số thống kê mô tả, giá trị trung bình, khoảng tin cậy theo tiêu chuẩn ISO 2602:1980 và đối chiếu trực tiếp với ngưỡng nồng độ giới hạn tại QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) và QCVN 50:2013/BTNMT (giá trị hàm lượng tuyệt đối cơ sở Hct và ngưỡng nồng độ ngâm chiết Cct).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Phần này làm rõ tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh công nghiệp khai thác khoáng sản và than đá phát triển mạnh tại Quảng Ninh nhưng kéo theo các vấn đề suy thoái môi trường nước. Tác giả chỉ ra rằng các mỏ than hiện đã xây dựng trạm xử lý nước thải hầm lò, song quá trình tách lọc chất bẩn lại tích tụ một khối lượng bùn thải lớn. Nếu việc xử lý bùn không được thực hiện đồng thời sẽ dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường thứ cấp. Sinh viên nêu rõ mục đích nghiên cứu, 4 nhiệm vụ trọng tâm, yêu cầu kỹ thuật và ý nghĩa khoa học cũng như thực tiễn của khóa luận đối với công tác bảo vệ môi trường tại Công ty than Nam Mẫu.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Tác giả tổng hợp cơ sở lý thuyết về phân loại bùn thải (bùn sơ cấp, bùn thứ cấp, bùn kết hợp, bùn hóa học) và các đặc trưng lý – hóa – sinh của bùn cặn. Về cơ sở pháp lý, tác giả liệt kê đầy đủ hệ thống Luật, Nghị định, Thông tư và các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia làm căn cứ đánh giá. Trong mục cơ sở thực tiễn, khóa luận phân tích:
- Tổng quan ngành than thế giới với khoảng 40% quốc gia tham gia sản xuất than và tiêu thụ toàn cầu đạt khoảng 4 tỷ tấn/năm, trong đó thị trường châu Á chiếm 54% lượng tiêu thụ;
- Trữ lượng than Việt Nam ước đạt 3,5 tỷ tấn (Quảng Ninh chiếm hơn 3,3 tỷ tấn tính đến mức -300 m); phân loại các loại than tại Việt Nam (than antraxit, than mỡ, than bùn, than ngọn lửa dài, than nâu); tỷ lệ khai thác than lộ thiên giảm từ 80% xuống còn khoảng 60% và đang dịch chuyển mạnh sang khai thác hầm lò với mức sâu hiện nay là -150 m; số liệu xuất khẩu than tháng 1 năm 2014 đạt 978.158 tấn than (trị giá 71,08 triệu USD) sang các thị trường chính gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc;
- Hiện trạng ô nhiễm tại các vùng mỏ than: nước mặt suối Lộ Phong có pH thấp từ 5,1 đến 5,2; bụi tại phường Phương Nam vượt 1,56 lần, nhà sàng Than Mạo Khê vượt 1,70 lần, mỏ Hà Tu và Núi Béo vượt 1,46 lần; bãi thải Cọc Sáu, Nam Đèo Nai, Đông Cao Sơn cao trên 200 m với sườn dốc tới 35 độ;
- Khái quát các phương pháp xử lý cơ học (song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng sơ cấp, bể lọc) và phương pháp xử lý sinh học nước thải (tự nhiên và nhân tạo).
Phần 3: Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu
Nội dung chương trình bày chi tiết về đối tượng nghiên cứu là nước thải và bùn thải tại Trạm xử lý nước thải +125 mỏ than Nam Mẫu. Địa điểm khảo sát thuộc xã Uông Thượng, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh; đơn vị thực tập là Công ty TNHH Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Môi trường Thăng Long; thời gian thực hiện từ tháng 5/2014 đến tháng 8/2014. Tác giả thuyết minh danh mục 23 chỉ tiêu phân tích nước thải, 12 chỉ tiêu phân tích bùn thải kèm theo các tiêu chuẩn TCVN, ISO, ASTM, EPA áp dụng cho việc lấy mẫu, bảo quản, chiết độc tính và phân tích trên các thiết bị chuyên dụng như máy sắc ký ion, trắc quang phổ và máy hấp thụ nguyên tử PerkinElmer.
Phần 4: Kết quả nghiên cứu
Chương này phản ánh toàn bộ các kết quả khảo sát, tính toán và phân tích thực nghiệm:
- Tổng quan mỏ than Nam Mẫu: Thành lập năm 1999 trên cơ sở hợp nhất hai mỏ Than Thùng và Yên Tử; công suất thiết kế 2,5 triệu tấn than/năm; tổng nhân sự hơn 5.000 cán bộ công nhân viên (với 2.200 thợ lò); cơ cấu gồm 20 phòng và 31 phân xưởng; công nghệ khai thác gồm 1 lò chợ cơ giới hóa, 6 lò chợ giá khung di động, 2 lò chợ khấu cột thủy lực đơn, 2 lò chợ khấu ngang nghiêng và buồng cột; diện tích đường tài nguyên dài 1,5 km ở độ cao +125; hình thức khai thác đã chuyển đổi hoàn toàn từ lộ thiên sang hầm lò.
- Lưu lượng và nguồn phát sinh nước thải: Nước thải sinh hoạt phát sinh từ 2.200 thợ lò với định mức cấp nước 100 lít/người/ngày đêm theo TCXDVN 3989:2012/BXD, lượng nước thải tính bằng 80% lượng cấp, tương đương 176 m3/ngày đêm. Nước thải khai thác phát sinh từ các nhà máy tuyển than ước tính khoảng 223 m3/ngày đêm. Tổng lưu lượng nước thải phát sinh cần xử lý là 399 m3/ngày đêm.
- Quy trình công nghệ trạm xử lý +125 Nam Mẫu: Dây chuyền bán tự động bao gồm: Nước thải lò cũ tự chảy và lò mới bơm về -> Bể trung hòa (châm sữa vôi Ca(OH)2 nồng độ 5% - 10% bằng bơm định lượng có kiểm soát tín hiệu pH = 5,5 - 9, thường duy trì ở pH = 7, kết hợp máy nén khí sục khí oxy hóa Fe, Mn và khuấy trộn) -> Bể lắng sơ bộ (thu cặn thô) -> Bể keo tụ (châm dung dịch PAC 0,1% để giảm độ nhớt và kết tụ hạt nhỏ, sau đó châm PAM 0,1% tạo bông cặn lớn) -> Bể lắng thứ cấp (lắng bông cặn lớn) -> Bình lọc áp lực phủ mangan oxit (khử triệt để Mn và cặn lơ lửng còn lại; rửa ngược định kỳ 2 lần/ca, 15 phút/lần tuần hoàn về bể keo tụ; thay vật liệu lọc sau 2 năm) -> Bể nước sạch -> Xả ra suối Than Thùng. Bùn cặn từ bể lắng sơ bộ và bể lắng thứ cấp (độ ẩm 95% - 97%) được bơm định kỳ 4 giờ/lần sang 2 bể phơi/lọc bùn bằng gạch xếp cát sỏi luân phiên, phơi đạt chiều dày >=20 cm trong 1 ngày để hạ độ ẩm xuống dưới 20%, sau đó xúc thủ công vận chuyển ra bãi thải mỏ; lớp cát lọc hao hụt 10 cm mỗi lần xúc được bổ sung thường xuyên.
- Hiệu quả xử lý nước thải: Phân tích mẫu nước thải đầu vào cho thấy 5 chỉ tiêu vượt ngưỡng QCVN 40:2011/BTNMT (cột B): BOD5 đạt 105 mg/l (vượt 1,1 lần), COD đạt 175 mg/l (vượt 0,17 lần), TSS đạt 269 mg/l (vượt 1,69 lần), Fe đạt 6,89 mg/l (vượt 0,38 lần), Mn đạt 2,65 mg/l (vượt 1,65 lần). Sau xử lý, tất cả 23 chỉ tiêu đều đạt dưới ngưỡng cột B. Trạm xử lý đạt hiệu suất cao ở các chỉ tiêu: dầu mỡ (94,23%), Mn (84,90%), NH4+ (84,78%), TSS (70,26%), BOD5 (61,90%), COD (61,14%), Fe (36,86%), Coliform (34,29%).
- Phân tích thành phần bùn thải: Mẫu bùn thải phân tích 12 chỉ tiêu đối chiếu với QCVN 50:2013/BTNMT cho kết quả: As đạt 5,10 ppm (ngưỡng Hct là 40 ppm), Cd < 2 ppm (ngưỡng Hct là 10 ppm), Pb đạt 26,8 ppm (ngưỡng Hct là 300 ppm), Ni đạt 506,5 ppm (ngưỡng Hct là 1.000 ppm), Hg đạt 1,65 ppm (ngưỡng Hct là 4 ppm); Cu đạt 51,5 ppm, TFe2O3 đạt 14,70%, Mn đạt 0,96 ppm, Cl- đạt 0,67%; Clo dư và CN- không phát hiện thấy. Vì không có chỉ tiêu nào đồng thời vượt hai ngưỡng Hct và Cct, bùn thải được phân định là chất thải rắn thông thường.
- Đề xuất biện pháp xử lý: Đề xuất bổ sung máy ép bùn cơ giới hóa sau bể lọc bùn cát sỏi hiện hữu để giảm tác động khi chôn lấp; xây dựng quy trình ứng phó 3 bước và 6 phương án kỹ thuật (chôn lấp, thiêu đốt, đóng rắn đổ bê tông, hấp phụ bằng vật liệu tự nhiên, xử lý sinh học, thuê đơn vị chức năng) cùng thủ tục đăng ký chủ nguồn thải theo Thông tư 12/2011/TT-BTNMT nếu kết quả quan trắc định kỳ trong tương lai phát hiện bùn thải chuyển sang ngưỡng nguy hại.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tóm tắt các phát hiện chính: lưu lượng nước phát sinh 399 m3/ngày đêm; chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn xả thải; bùn thải thuộc nhóm chất thải rắn thông thường. Kiến nghị Công ty than Nam Mẫu đầu tư cơ giới hóa khâu xử lý bùn, áp dụng sản xuất sạch hơn, thực hiện nghiêm việc tính phí bảo vệ môi trường và đề nghị các cơ quan chức năng tỉnh Quảng Ninh siết chặt quy hoạch cấp phép mỏ.
Kết quả và đóng góp
1. Số liệu thực nghiệm xử lý nước thải và bùn thải
Hiệu quả vận hành của Trạm xử lý nước thải +125 Nam Mẫu được chứng minh thông qua các thông số phân tích thực tế giữa nguồn nước thải đầu vào, đầu ra và bùn thải:
| TT |
Chỉ tiêu phân tích |
Đơn vị |
Đầu vào |
Đầu ra |
QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) |
Hiệu suất xử lý (%) |
| 1 |
pH |
- |
6,27 |
6,33 |
5,5 – 9 |
0,95 |
| 2 |
DO |
mg/l |
4,0 |
4,3 |
- |
6,97 |
| 3 |
BOD5 |
mg/l |
105 |
40 |
50 |
61,90 |
| 4 |
COD |
mg/l |
175 |
68 |
150 |
61,14 |
| 5 |
Chất rắn lơ lửng (TSS) |
mg/l |
269 |
80 |
100 |
70,26 |
| 6 |
Sắt (Fe) |
mg/l |
6,89 |
4,35 |
5 |
36,86 |
| 7 |
Mangan (Mn) |
mg/l |
2,65 |
0,40 |
1 |
84,90 |
| 8 |
Amoni (NH4+) |
mg/l |
1,38 |
0,21 |
10 |
84,78 |
| 9 |
Sunphua (S2-) |
mg/l |
0,35 |
0,30 |
0,5 |
14,28 |
| 10 |
Clorua (Cl-) |
mg/l |
72,8 |
66,9 |
1000 |
8,10 |
| 11 |
Nitrat (NO3-) |
mg/l |
8,211 |
8,005 |
- |
2,51 |
| 12 |
Photphat (PO43-) |
mg/l |
0,32 |
0,27 |
- |
15,63 |
| 13 |
Xyanua (CN-) |
mg/l |
0,006 |
0,004 |
0,1 |
33,33 |
| 14 |
Asen (As) |
mg/l |
0,001 |
0,001 |
0,1 |
0 |
| 15 |
Cadimi (Cd) |
mg/l |
0,0001 |
0,0001 |
0,1 |
0 |
| 16 |
Chì (Pb) |
mg/l |
<0,005 |
<0,005 |
0,5 |
0 |
| 17 |
Đồng (Cu) |
mg/l |
0,25 |
0,20 |
2 |
20,00 |
| 18 |
Niken (Ni) |
mg/l |
0,025 |
0,020 |
0,5 |
20,00 |
| 19 |
Kẽm (Zn) |
mg/l |
0,22 |
0,20 |
3 |
9,10 |
| 20 |
Thủy ngân (Hg) |
mg/l |
0,00018 |
0,00016 |
0,01 |
11,11 |
| 21 |
Clo dư |
mg/l |
KPHT |
KPHT |
2 |
- |
| 22 |
Tổng dầu mỡ |
mg/l |
0,52 |
0,03 |
10 |
94,23 |
| 23 |
Tổng Coliform |
MPN/100ml |
3.500 |
2.300 |
5.000 |
34,29 |
Ghi chú: (-): Không quy định; KPHT: Không phát hiện thấy.
Đối với mẫu bùn thải tại bể chứa bùn của Trạm xử lý nước thải +125 Nam Mẫu, kết quả kiểm định các thông số nguy hại và đối chiếu với QCVN 50:2013/BTNMT được thể hiện như sau:
| TT |
Chỉ tiêu phân tích |
Đơn vị |
Kết quả phân tích |
Ngưỡng Hct (ppm) |
Ngưỡng Cct (mg/l) |
| 1 |
Clorua (Cl-) |
% |
0,67 |
- |
- |
| 2 |
Asen (As) |
ppm |
5,10 |
40 |
2 |
| 3 |
Cadimi (Cd) |
ppm |
<2 |
10 |
0,5 |
| 4 |
Chì (Pb) |
ppm |
26,8 |
300 |
15 |
| 5 |
Đồng (Cu) |
ppm |
51,5 |
- |
- |
| 6 |
Tổng Fe2O3 (TFe2O3) |
% |
14,70 |
- |
- |
| 7 |
Niken (Ni) |
ppm |
506,5 |
1.000 |
250 |
| 8 |
Thủy ngân (Hg) |
ppm |
1,65 |
4 |
0,2 |
| 9 |
Mangan (Mn) |
ppm |
0,96 |
- |
- |
| 10 |
Clo dư |
ppm |
KPHT |
- |
- |
| 11 |
Xyanua (CN-) |
ppm |
KPHT |
590 |
- |
Ghi chú: Hct là giá trị hàm lượng tuyệt đối cơ sở; Cct là giá trị ngưỡng nồng độ ngâm chiết.
2. Đề xuất giải pháp của tác giả
- Cải tiến công nghệ xử lý bùn cặn thông thường: Dây chuyền hiện hữu sử dụng bể lọc phơi bùn cát sỏi mang tính thủ công, phụ thuộc vào thời tiết và tốn diện tích. Tác giả kiến nghị bổ sung thiết bị máy ép bùn cơ học sau bể lọc cát sỏi để ép tách nước cưỡng bức, hạ độ ẩm bùn xuống mức tối đa trước khi vận chuyển đổ thải ra bãi thải mỏ nhằm giảm thiểu chi phí vận chuyển và ngăn ngừa nước rỉ rác.
- Quy trình quản lý bùn thải khi có dấu hiệu nguy hại: Thiết lập quy trình ứng phó 3 bước bao gồm:
- Bước 1: Lấy mẫu và phân tích tại các đơn vị có tư cách pháp nhân được công nhận năng lực (sử dụng máy hấp thụ nguyên tử AAS PerkinElmer);
- Bước 2: Nhận diện chỉ tiêu vượt ngưỡng quy chuẩn QCVN 50:2013/BTNMT;
- Bước 3: Lựa chọn 1 trong 6 phương án xử lý chất thải nguy hại (chôn lấp an toàn, thiêu đốt, đóng rắn bằng bê tông, xử lý hấp phụ kim loại bằng vật liệu tự nhiên, xử lý sinh học, hoặc hợp đồng với đơn vị có chức năng vận chuyển và xử lý chuyên nghiệp) đồng thời lập 3 bộ hồ sơ đăng ký sổ chủ nguồn thải chất thải nguy hại gửi Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh theo mẫu của Thông tư 12/2011/TT-BTNMT.
3. Đóng góp khoa học và thực tiễn tự nêu
Khóa luận đã cung cấp một bộ dữ liệu quan trắc toàn diện, cập nhật về thành phần nước thải hầm lò và đặc tính bùn thải của mỏ than Nam Mẫu. Đóng góp nổi bật nhất của đề tài là việc trực tiếp lấy mẫu và kiểm chứng thực nghiệm theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 50:2013/BTNMT (văn bản mới có hiệu lực tại thời điểm nghiên cứu năm 2014), qua đó xác định cơ sở khoa học khẳng định bùn thải của trạm xử lý nước than Nam Mẫu là chất thải rắn thông thường, giải tỏa các vướng mắc pháp lý và kỹ thuật trong khâu phân định chất thải của doanh nghiệp mỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận ghi nhận một số hạn chế gắn liền với phạm vi và điều kiện thực hiện nghiên cứu tại hiện trường:
- Dung lượng mẫu phân tích còn hạn chế: Tác giả mới chỉ tiến hành lấy 2 mẫu nước thải (1 mẫu đầu vào, 1 mẫu đầu ra) và 1 mẫu bùn thải duy nhất tại bể chứa bùn trong một đợt quan trắc. Số lượng mẫu đơn lẻ chưa phản ánh đầy đủ sự dao động của các thông số theo chuỗi thời gian dài.
- Ảnh hưởng của tính chất mùa vụ và điều kiện địa chất: Văn bản chỉ ra rằng độ pH cùng hàm lượng kim loại (đặc biệt là Fe và Mn) trong nước mỏ than phụ thuộc rất lớn vào điều kiện địa chất từng tầng lò và có sự biến thiên mạnh mẽ theo mùa (mùa mưa và mùa khô). Do nghiên cứu chỉ thực hiện tập trung từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2014 (mùa hè), các giá trị phân tích chưa đại diện cho cả chu kỳ năm.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo: Cần thiết lập chương trình quan trắc định kỳ nhiều đợt trong năm đối với cả nước thải và bùn thải; nghiên cứu sâu hơn về thử nghiệm vận hành máy ép bùn cơ giới tại chỗ và nghiên cứu khả năng tái sử dụng bùn thải sau trung hòa làm phụ gia vật liệu xây dựng hoặc vật liệu san lấp bãi thải nhằm giảm tải diện tích lưu giữ chất thải rắn của mỏ.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn dành cho:
- Sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Môi trường mỏ khi thực hiện đồ án, luận văn liên quan đến công nghệ xử lý nước thải công nghiệp khai khoáng và quản lý bùn thải.
- Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư vận hành tại các trạm xử lý nước thải mỏ than thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV).
- Nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản gồm có:
- Bản mô tả chi tiết công nghệ Trạm xử lý nước thải +125 Nam Mẫu với các thông số định lượng cụ thể (sữa vôi 5% - 10%, ngưỡng khống chế pH tự động, nồng độ dung dịch keo tụ PAC/PAM 0,1%, chu kỳ rửa ngược bình lọc MnO 2 lần/ca);
- Quy trình phân định ngưỡng chất thải nguy hại của bùn thải theo phương pháp kiểm tra đồng thời Hct và Cct quy định tại QCVN 50:2013/BTNMT;
- Bảng tổng hợp thực nghiệm 23 thông số nước thải và 12 chỉ tiêu phân tích thành phần bùn khoáng hóa.
Câu hỏi thường gặp
1. Lưu lượng nước thải cần xử lý của mỏ than Nam Mẫu được tính toán trên cơ sở nào và đạt bao nhiêu?
Lưu lượng nước thải được tác giả xác định dựa trên hai nguồn chính:
- Nước thải sinh hoạt: Tính cho 2.200 thợ lò với định mức cấp nước 100 lít/người/ngày đêm theo TCXDVN 3989:2012/BXD. Lượng nước thải tính bằng 80% lượng nước cấp, tương đương 176 m3/ngày đêm.
- Nước thải khai thác mỏ: Phát sinh chủ yếu từ các phân xưởng và nhà máy tuyển than, ước tính khoảng 223 m3/ngày đêm.
Tổng lưu lượng nước thải phát sinh cần xử lý tại mỏ than Nam Mẫu là 399 m3/ngày đêm.
2. Trạm xử lý nước thải +125 mỏ than Nam Mẫu sử dụng các hóa chất gì và cơ chế tác dụng như thế nào?
Hệ thống sử dụng các hóa chất sau:
- Sữa vôi Ca(OH)2 pha nồng độ 5% - 10%: Cấp vào bể trung hòa bằng bơm định lượng tự động nhằm trung hòa axit H2SO4 trong nước mỏ, nâng pH lên mức 5,5 – 9 (thông thường duy trì pH = 7), đồng thời kết hợp sục khí nén để oxy hóa ion sắt và một phần mangan thành dạng kết tủa hydroxit/oxit.
- Hóa chất PAC (Poly Aluminium Chloride) pha nồng độ 0,1%: Cấp vào bể keo tụ để làm giảm độ nhớt và tăng lực hút giữa các hạt keo mịn lơ lửng, tạo thành các cụm hạt nhỏ.
- Hóa chất PAM (Polyacrylamide) pha nồng độ 0,1%: Cấp tiếp tục sau PAC vào bể keo tụ để liên kết các hạt nhỏ thành các bông cặn kích thước lớn, đẩy nhanh tốc độ lắng cơ học tại bể lắng thứ cấp.
3. Bình lọc áp lực trong dây chuyền có cấu tạo và chu kỳ vận hành như thế nào?
Nước sau khi qua bể lắng thứ cấp được bơm qua bình lọc áp lực chứa lớp vật liệu lọc là cát sỏi hoạt tính có phủ mangan oxit. Lớp vật liệu này đóng vai trò xúc tác oxy hóa và giữ lại hàm lượng mangan còn sót lại cùng cặn lơ lửng mịn. Định kỳ mỗi ca làm việc, hệ thống thực hiện bơm rửa ngược 2 lần, mỗi lần kéo dài 15 phút, nước rửa ngược được dẫn hồi lưu về bể keo tụ. Lớp vật liệu lọc phủ mangan oxit được thay thế định kỳ sau 2 năm vận hành khi bị bào mòn.
4. Dựa trên căn cứ định lượng nào để khẳng định bùn thải của trạm xử lý không phải chất thải nguy hại?
Tác giả căn cứ vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 50:2013/BTNMT. Theo quy định, chất thải chỉ bị coi là nguy hại khi các chỉ tiêu độc hại vượt đồng thời cả hai ngưỡng: hàm lượng tuyệt đối cơ sở (Hct) và nồng độ ngâm chiết (Cct). Kết quả phân tích mẫu bùn tại trạm +125 cho thấy tất cả các kim loại nặng và hợp chất độc hại đều nằm sâu dưới ngưỡng Hct: Asen đạt 5,10 ppm (ngưỡng 40 ppm), Cadimi < 2 ppm (ngưỡng 10 ppm), Chì đạt 26,8 ppm (ngưỡng 300 ppm), Niken đạt 506,5 ppm (ngưỡng 1.000 ppm), Thủy ngân đạt 1,65 ppm (ngưỡng 4 ppm), Xyanua và Clo dư không phát hiện thấy. Do đó, bùn thải được khẳng định là chất thải rắn thông thường.
5. Những chỉ tiêu ô nhiễm nào trong nước thải đầu vào vượt quy chuẩn và trạm đạt hiệu suất xử lý cao nhất ở chỉ tiêu nào?
Nước thải đầu vào có 5 chỉ tiêu vượt ngưỡng QCVN 40:2011/BTNMT (cột B): BOD5 (105 mg/l, vượt 1,1 lần), COD (175 mg/l, vượt 0,17 lần), chất rắn lơ lửng TSS (269 mg/l, vượt 1,69 lần), Fe (6,89 mg/l, vượt 0,38 lần) và Mn (2,65 mg/l, vượt 1,65 lần). Sau xử lý, trạm đạt hiệu suất loại bỏ cao nhất ở các chỉ tiêu: Tổng dầu mỡ đạt 94,23% (giảm từ 0,52 mg/l xuống 0,03 mg/l), Mn đạt 84,90% (giảm từ 2,65 mg/l xuống 0,40 mg/l) và NH4+ đạt 84,78% (giảm từ 1,38 mg/l xuống 0,21 mg/l).
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Vũ Thị Lệ đã hoàn thành việc khảo sát, tính toán lưu lượng và đánh giá toàn diện hiệu quả vận hành của Trạm xử lý nước thải +125 mỏ than Nam Mẫu với công suất xử lý 399 m3/ngày đêm. Kết quả phân tích thực nghiệm chứng minh hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý kết hợp lọc mangan đã đưa toàn bộ 23 thông số ô nhiễm đầu ra đạt quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT (cột B). Đồng thời, việc phân tích 12 chỉ tiêu thành phần bùn cặn đã cung cấp bằng chứng định lượng khẳng định bùn thải của trạm xử lý không thuộc danh mục chất thải nguy hại theo QCVN 50:2013/BTNMT, làm cơ sở khoa học tin cậy để doanh nghiệp áp dụng giải pháp bổ sung máy ép bùn cơ giới và quản lý đổ thải an toàn.
