Hiện trạng môi trường mỏ than mạo khê nghiên cứu công nghệ xử lý sunfat trong nước thải axit của mỏ than mạo khê bằng vi sinh với việc sử dụng mùn cưa là nguồn cacbon

Nước còn chứa đựngnhững tiềm năng khác nhằm đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con người như:trong sinh hoạt hàng ngày, trong tưới tiêu cho nông nghiệp, trong sản xuất côngnghiệp, tạo ra

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: PHẦN CHUNG VÀ CHUYÊN MÔN 4

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SUNFAT 5

1.1 Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm sunfat 5

1.1.1 Trạng thái tự nhiên, các dạng tồn tại, các hợp chất 5

1.1.2 Hiện trạng và nguyên nhân gây ô nhiễm sunfat trong nước 6

1.2 Tác hại của ô nhiễm sunfat trong nước 7

Chương 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI 11

KHU VỰC MỎ THAN MẠO KHÊ 11

2.1 Điều kiện môi trường tự nhiên 11

2.1.1 Điều kiện vị trí, địa lý 11

2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 11

2.1.3 Điều kiện khí tượng 12

2.1.4 Điều kiện thủy văn 14

2.2 Hiện trạng các thành phần môi trường 15

2.2.1 Hiện trạng môi trường không khí 15

2.2.2 Hiện trạng chất lượng nước 19

2.2.3 Hiện trạng môi trường đất 23

2.3 Tình trạng sunfat trong nước thải và hệ thống xử lý nước thải của mỏ than Mạo Khê 25

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SUNFAT TRONG NƯỚC THẢI 28

3.1 Các phương pháp vật lý 28

3.1.1 Phương pháp thẩm thấu ngược 28

3.1.2 Phương pháp trao đổi ion 28

3.1.3 Phương pháp điện phân và điện phân đảo cực 29

3.1.4 Lọc 30

3.1.5 Phương pháp hấp phụ 31

3.1.6 Phương pháp chưng cất 31

3.2 Các phương pháp hóa học 32

3.3 Các phương pháp sinh học 32

3.3.1 Lò phản ứng sinh học 32

3.3.2 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo 34

3.4 Hệ thống xử lý sunfat trong nước thải bằng vi sinh với việc sử dụng mùn cưa là nguồn cacbon 35

Chương 4: THỰC NGHIỆM 37

4.1 Xây dựng hệ thống xử lý sunfat bằng đá vôi - mùn cưa thí nghiệm 37

4.1.1 Ý tưởng thiết kế 37

4.1.2 Thiết kế hệ thống thí nghiệm 37

4.2 Các phương pháp phân tích 38

4.2.1 Phương pháp trắc quang 38

4.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS) 39

4.2.3 Phương pháp chuẩn độ sunfua bằng iod 42

4.3 Tính toán một số thông số của hệ thống 42

4.3.1 Tốc độ bay hơi nước 42

4.3.2 Tải lượng đặc trưng của chất ô nhiễm 43

Chương 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

5.1 Kết quả 44

5.1.1 Giá trị pH 44

5.1.2 Dung lượng bazơ 45

5.1.3 Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemistry Oxygen Deman) 46

5.1.4 Protein 47

5.1.5 Tải lượng đặc trưng của S2- 49

5.1.6 Tải lượng đặc trưng của SO42- 50

5.1.7 Nồng độ của các kim loại nặng trong nước thải đầu ra 51

5.2 Kết luận 53

PHẦN 2: THIẾT KẾ CÁC DẠNG CÔNG TÁC VÀ DỰ TRÙ KINH PHÍ 57

Chương 6: THIẾT KẾ CÁC DẠNG CÔNG TÁC 58

6.1 Công tác thu thập tài liệu 58

6.1.1 Mục đích 58

6.1.2 Khối lượng tài liệu thu thập 58

6.1.3 Phương pháp thu thập 58

6.1.4 Phương pháp chỉnh lý 58

6.2 Khảo sát đặc tính của nước thải mỏ than Mạo Khê 59

6.3 Phương pháp nghiên cứu 59

6.3.1 Mục đích nghiên cứu 59

6.3.2 Nội dung nghiên cứu 59

6.3.3 Tiến độ thực hiện 60

6.4 Công tác chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo tổng kết 60

6.4.1 Mục đích, nhiệm vụ 60

6.4.2 Phương pháp chỉnh lý tài liệu, xử lý số liệu 60

Chương 7: TÍNH TOÁN KINH PHÍ VÀ DỰ TRÙ NHÂN LỰC 62

7.1 Cơ sở tính toán 62

7.2 Chi phí cho hạng mục công việc 62

7.2.1 Chi phí cho các đề án khảo sát chất lượng nước thải 62

7.2.2 Chi phí cho các đề án nghiên cứu chất lượng nước thải sau xử lý hệ thống vi sinh đá vôi – mùn cưa 62

7.3 Dự trù kinh phí đối với từng hạng mục công việc 63

7.3.1 Dự trù kinh phí cho lấy mẫu, phân tích nước thải nghiên cứu 63

7.3.2 Dự trù kinh phí cho việc làm mô hình thí nghiệm 64

7.3.3 Dự trù kinh phí chạy mô hình thí nghiệm 64

7.3.4 Dự toán kinh phí khác 66

7.4 Dự trù chi phí vận hành cho 1m3 nước thải 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

PHỤ LỤC 72

2.9 Kết quả quan trắc định kỳ hàm lượng khí NO2 182.10 Kết quả quan trắc định kỳ hàm lượng khí SO2 19

2.12 Kết quả phân tích hiện trạng chất lượng nước ngầm 20

2.14 Độ pH của nước mặt liên quan đến việc tiếp nhận nước thải mỏ 212.15 Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ 212.16 Hàm lượng BOD5 trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ 222.17 Hàm lượng COD trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ 222.18 Hàm lượng sắt trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ 23

5.1 Một số ion kim loại nặng trong nước thải trước và sau xử lý tại

7.3 Tổng chi phí hóa chất pha nước thải trong 3 tháng vận hành 65

1.2 Tinh thể muối Magie sunfat, natri sunfat, thạch cao 72.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại mỏ than Mạo Khê 26

3.2 Các bước phản ứng của quá trình khử sunfat bằng vi sinh [15] 333.3 Mô hình hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải 34

5.1 Giá trị pH phụ thuộc vào các chặng của hệ thống xử lý trong các

pha nghiên cứu A, B và C

5.4 Hàm lượng protein trung bình theo chặng của hệ thống trong

các pha nghiên cứu A, B và C

47

5.5 Tải lượng đặc trưng của S2- trong hệ thống xử lý qua các chặng

trong 3 pha nghiên cứu

49

5.6 Tải lượng đặc trưng của sunfat trong hệ thống qua các chặng

theo 3 pha nghiên cứu

MỞ ĐẦU

Nước là một thành phần của sinh quyển, đóng vai trò điều hoà các yếu tố khíhậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình vận động của nó Nước còn chứa đựngnhững tiềm năng khác nhằm đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con người như:trong sinh hoạt hàng ngày, trong tưới tiêu cho nông nghiệp, trong sản xuất côngnghiệp, tạo ra điện năng và nhiều thắng cảnh đẹp…

Cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại, nhu cầu vềnước ngày cànglớn, lượng nước thải công nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt đưa vào các nguồnnước tự nhiên ngày càng gây ô nhiễm nghiêm trọng nước bề mặt và môi trường.Nguồn nước sạch ngày càng cạn kiệt, nó không phả là nguồn tài nguyên vô tận nhưtrước đây con người từng nghĩ

Nước sạch đang là một vấn đề vô cùng nan giải trên toàn cầu Các vấn đề liênquan đến nước là một đề tài nhạy cảm và cấp bách Ô nhiễm nguồn nước do cácanion không chỉ là mối quan tâm trong lĩnh vực y tế, mà còn là mối quan tâm củatất cả các ngành, vì vậy việc đưa ra các giải pháp công nghệ giúp giảm bớt các ion

từ quá trình xả thài là vô cùng quan trọng

Sunfat là một thành phần tự nhiên xuất hiện trong gần như tất cả các nguồnnước tự nhiên Trong tự nhiên, các muối sunfat trong nước là nguồn cung cấp lưuhuỳnh - một chất dinh dưỡng cần thiết của thực vật và con người, nó cung cấp chấtdinh dưỡng cho cây và là thức ăn chính của một số loại tảo Nhưng mặt khác cácmuối sunfat cũng có thể gây ô nhiễm môi trường nước, làm biến đổi tính chất củamột số loại nước, hạn chế khả năng chuyển hóa các chất trong đất và nước… Bêncạnh đó, sự tăng nồng độ sunfat trong nước vượt ngưỡng cho phép còn ảnh hưởngtới sức khỏe của con người, như các bệnh về tiêu hóa, bệnh về da liễu, sỏi thận vàmột số bệnh ung thư

Sunfat (SO42-) có thể được tạo thành một cách tự nhiên hoặc do kết quả của quátrình công nghiệp hóa Trong tự nhiên, chúng thường là kết quả của sự phân hủy cáchợp chất hữu cơ, xác động – thực vật chết, sự hòa tan của nước đi qua đá hoặc đất cóchứa thạch cao và các khoáng chất có chứa sunfua như pyrite, hoặc lắng đọng trongkhí quyển Các nguồn phát sinh sunfat nhân tạo bao gồm các nhà máy xử lý nước thải

và chất thải công nghiệp như nhà máy thuộc da, nhà máy bột giấy và nhà máy dệt,nhà máy sản xuất axit sunfuric, mạ điện, công nghiệp khai khoáng

Nước thải axit mỏ là một trong những loại nước thải có hàm lượng sunfat cao

và gây nên nhiều nguy cơ ô nhiễm sunfat đối với nước ngầm và nước mặt trong khu

vực khai thác Vì vậy, việc giảm thiểu lượng sunfat trong nước thải axit mỏ trướckhi thải ra ngoài môi trường là việc làm cần thiết và cấp bách.

Hiện nay, việc loại bỏ sunfat trong nước đã và đang được quan tâm Các côngnghệ mới, phương pháp mới nhằm nâng cao hiệu quả loại bỏ sunfat vẫn đang đượcnghiên cứu Việc tìm ra một công nghệ có đạt hiệu quả cao và chi phí xử lý tốt luôn

là vấn đề được ưu tiên Một trong những phương pháp có khả năng đáp ứng yêu cầunày là khử sunfat bằng vi sinh

Nhận thấy những hứa hẹn về hiệu quả và chi phí xử lý mà phương pháp khử

sunfat bằng vi sinh đem lại, em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp là « Hiện trạng môi trường mỏ than mạo khê Nghiên cứu công nghệ xử lý sunfat trong nước thải axit của mỏ than Mạo Khê bằng vi sinh với việc sử dụng mùn cưa là nguồn cacbon ».

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục đích của đề tài là theo dõi sự loại bỏ ion sunfat trong nước thải axit của

mỏ than Mạo Khê trong hệ thống vi sinh với mùn cơ là nguồn cacbon Từ đó, đánhgiá hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế của hệ thống vi sinh trong việc loại bỏ ionsunfat

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu hàm lượng sunfat trong mẫu nước bị nhiễm sunfat cao trước vàsau xử lý

- Theo dõi sự khử sunfat trong hệ thống vi sinh, đưa ra mối tương quan giữahàm lượng vi sinh và sự khử sunfat

- Đưa ra sơ đồ công nghệ cho hệ thống khử sunfat bằng nguồn cacbon hữu cơmùn cưa và hiệu quả xử lý của dây chuyền này

- Tính toán chi phí sơ bộ để xử lý 1m3 nước có nhiễm sunfat bằng hệ thống khửvới nguồn cacbon hữu cơ là mùn cưa

TRÌNH TỰ CÁC CHƯƠNG ĐỒ ÁN

Phần I – Phần chung và chuyên môn

Chương 1: Tổng quan về sunfat

Chương 2: Điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế - xã hội khu vực mỏ thanMạo Khê

Chương 3: Các phương pháp xử lý sunfat trong nước thải

Chương 4: Thực nghiệm

Chương 5: Kết quả và thảo luận

Phần II – Thiết kế và tính toán chi phí

Chương 6: Thiết kế các dạng công tác

Chương 7: Dự trù kinh phí và dự trù nhân lực

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN I: PHẦN CHUNG VÀ CHUYÊN MÔN

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ SUNFAT

1.1 Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm sunfat

1.1.1 Trạng thái tự nhiên, các dạng tồn tại, các hợp chất

Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14 trong vỏ Trái Đất, là thành phần rấtquan trọng trong cấu trúc sinh học như các axit amin, cystein, metionin và chu trìnhcủa nó đóng vai trò thiết yếu trong việc điều hòa các muối dinh dưỡng khác nhưoxy, phốt pho Sunfat được tạo thành trong môi trường từ quá trình oxy hóa củanguyên tố lưu huỳnh, khoáng chất sulfide, hoặc lưu huỳnh hữu cơ Trong nước thải,các hợp chất của lưu huỳnh chủ yếu được tồn tại dưới dạng các muối sunfat Cáchợp chất của lưu huỳnh vận động trong tự nhiên rất phức tạp gần giống với các hợpchất của nitơ, song chúng không bị lắng đọng vào các bước riêng biệt như cố địnhđạm, amon hóa Trung tâm của chu trình lưu huỳnh có liên quan với sự thu hồisunphat (SO42-) của sinh vật sản xuất qua rễ của chúng và sự giải phóng và biến đổicủa lưu huỳnh ở nhiều công đoạn khác nhau, cũng như những biến đổi dạng của nó,bao gồm sunphua hydryl (-SH), sunphua hydro (H2S), thiosunphat (SO2-) và lưuhuỳnh nguyên tố.[3]

Hình 1.1: Chu trình lưu huỳnh

Sunfat trong nước thải sẽ ngấm xuống đất, theo các dòng chảy mặt đọng lạitrong các ao hồ hoặc được thực vật hấp thụ Thực vật trên cạn hấp thụ lưu huỳnhqua bộ rễ dưới dạng sunfat (CaSO4, Na2SO4) hoặc sự đồng hóa trực tiếp các axitamin được giải phóng do sự phân hủy của xác chết hay các chất bài tiết Sự khoánghóa của vi khuẩn và nấm (Aspergillus và Neurospora) đối với các chấtsunphuahydryl hữu cơ trong thành phần các axit amin Kèm theo sự oxy hóa dẫnđến sự hình thành sunphat làm giàu nguồn khoáng cho sự tăng trưởng của thực vật.Trong điều kiện yếm khí, axit sunphuric (H2SO4) có thể trực tiếp bị khử thànhsunfua, bao gồm hydrosufua do các vi khuẩn Escherichia và Proteus.

Sunfat cũng bị khử trong điều kiện kỵ khí để tạo thành lưu huỳnh nguyên tốhay sunfit, bao gồm hydrosunphit, do các vi khuẩn dị dưỡng như Desulfovibrio,Escherichia và Aerobacter Những vi khuẩn khử sunfat yếm khí là những loài dịdưỡng, sử dụng sunfat như chất nhận hydro trong oxy hóa trao đổi chất, tương tựnhư vi khuẩn phản nitrat sử dụng nitrit hay nitrat

Sự khử sunfat được biết đến là xảy ra trong điều kiện kỵ khí, song cũng pháthiện thấy phản ứng này xuất hiện cả ở nơi có “vết” oxy, nitrat hay các chất nhậnđiện tử khác, thậm chí còn thấy sự khử sunfat xảy ra cả ở tầng trên, nơi tạo thànhoxy của tầng quang hợp của nhóm vi sinh vật ưa mặn tại Baja California, Mexico.Như vậy, sự khử sunphat là một quá trình kỵ khí không nghiêm ngặt [9]

1.1.2 Hiện trạng và nguyên nhân gây ô nhiễm sunfat trong nước

Hiện nay, nồng độ sunfat trong các nguồn nước tự nhiên đang gia tăng mộtcách nhanh chóng Nguồn nước bị nhiễm sunfat trong tự nhiên thường bắt nguồn từquá trình phong hóa của hợp chất sunfua của các kim loại như các quặng pyrite(FeS2),cancopyrite (CuFeS2), galen (PbS) , sự xuất hiện của các đá phiến sét, hay

do các dòng nước ngầm chảy qua các lớp đất đá có muối sunfat như: thạch cao,muối Glauber (natri sunfat), muối Epsom (magie sunfat),

Tại British Columbia (một bang của Canada), có một số hồ ở khu vực Cariboo

và đèo Richter gần Osoyoos có nồng độ sunfat hòa tan cao tới hàng ngàn mg/l

Hình 1.2: Tinh thể muối Magie sunfat, natri sunfat, thạch cao.

Nồng độ của ion trong nước còn bị ảnh hưởng bởi sự tích tụ ion sunfat vàomùa hè Vào mùa hè, khi lượng mưa giảm đi, lượng bốc hơi tăng cao, nồng độsunfat trong các ao hồ tiếp tục tăng cao, có nơi cao tới hàng ngàn mg/l Không chỉ

có các nguồn nước mặt bị ảnh hưởng bởi chế độ khí hậu, nồng độ sunfat trong cácmạch nước ngầm cũng tăng cao vào mùa hè Bên cạnh đó, sự phân hủy xác động –thực vật và việc sử dụng dư phân bón sunfat amoni có thể phát tán sunfat vào cácdòng nước một cách dễ dàng

Sự có mặt của nước thải một số ngành công nghiệp như dệt nhuộm, thuộc da,luyện kim, sản xuất pin, sản xuất axit sunfuric, khai thác mỏ và chế biến khoángsản cũng làm nồng độ sunfat trong nước tăng cao Việc sử dụng các nhiên liệu hóathạch làm chất đốt tạo ra các sản phẩm thứ cấp của lưu huỳnh như các khí SO2, SO3cũng là một nguồn cung cấp sunfat cho nguồn nước bởi những cơn mưa axit

Trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, axit sunfuric được sử dụng để tẩy màucủa sản phẩm dệt may Axit sunfuric là axit được sử dụng phổ biến và có mặt trongnhiều khâu của quá trình dệt nhuộm Tuy vậy, nước thải của ngành dệt nhuộm cótính kiềm, hiện nay thường được trung hòa bằng axit sunfuric Khi trung hòa bằngaxit sunfuric, nồng độ ion sufat lên tới 900 – 2800 mg/l

Trong ngành công nghiệp khai khoáng mỏ và chế biến khoáng sản, quá trìnhoxy hóa sunfit là một quá trình phổ biến Các quá trình này sẽ tạo ra một lượng lớnion sunfat trong nước thải mỏ Nồng độ ion sunfat trong nước thải mỏ dao động rấtlớn, có nơi lên tới 8000 mg/l Như vậy, có thể thấy, nước thải mỏ là một trongnhững nguồn gây ô nhiễm sunfat đáng kể

1.2 Tác hại của ô nhiễm sunfat trong nước

a Hàm lượng sunfat trong nước uống cao ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Nồng độ sunfat trong nước uống cao có thể dẫn đến mất nước và tiêu chảy Trẻ

em thường nhạy cảm với sunfat hơn so với người lớn Cảnh báo về nồng độ sunfat,

nhiều nghiên cứu cho thầy rằng nồng độ sunfat lớn hơn 400mg/l không nên sử dụng

để chuẩn bị thức ăn cho trẻ nhỏ Trẻ em lớn hơn và người lớn có thể sử dụng nướcvới nồng độ sunfat cao hơn.[2]

Ở nồng độ lớn hơn 250 mg/l, sunfat làm cho nước có vị chát Điều này gâycảm giác khó chiụ khi uống nước

Sunfat là một trong những anion độc nhất Liều gây chết đối với con ngườinhư kali hoặc kẽm sunfat là 45g Các báo cáo cho thấy liều tối thiểu gây chết ngườicủa magie sunfat trong động vật có vú là 200 mg/kg

b Sunfat gây nguy hiểm cho động vật

Động vật cũng rất nhạy cảm với sunfat nồng độ cao Ở nhữn động vật cònnon, nồng độ sunfat cao cũng có thể gây ra tiêu chảy mãn tính nghiêm trọng vàtrong một số trường hợp là tử vong Như đối với con người, động vật có xu hưởngtrưởng thành trong việc sử dụng sunfat theo thời gian Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ

ra rằng ở nồng độ 2000 – 3000 ppm sunfat sẽ làm giảm hiệu suất chăn nuôi Ở nồng

độ cao (lớn hơn 3000 ppm), sunfat là chất độc cấp tính, góp phần tấn công hệ thầnkinh Nó có thể làm yếu và suy thoái mô não Triệu chứng của việc này là mất nước,biếng ăn, hôn mệ, chóng mặt, mù, hoảng loạn, mất tinh thần và cuối cùng là chết.Theo một nghiên cứu, trong ngắn hạn (28 ngày), lợn cai sữa uống nước cóchứa sunfat ở 3000 mg/L chỉ có hiện tượng tiêu chảy Gia súc có thể chịu đựng nồng

độ của natri sunfat trong nước uống của chúng lên tới 2610 ppm (tương ứng với

527 mg/kg thể trọng mỗi ngày) trong thời gian lên đến 90 ngày mà không có dấuhiệu ngộ độc trừ những thay đổi trong mức độ methaemoglobin vàsulphaemoglobin Tuy nhiên, 69 trong tổng số 200 con bê một năm tuổi, 22 trong số

đó sau đó qua đời, chúng bị bại não sau khi uống bổ sung protein có chứa 1,5%sunfat hữu cơ và nước uống có chứa 1814 ppm sunfat

Năm 2006, tại Saskatchewan (một bang thuộc miền tây Canada) xảy ra dịchtiêu chảy ở ngựa Năm con ngữa bị chết đột ngột, những con còn lại phần lớn bị tiêuchảy và một trường hợp có các dấu hiệu bị thần kinh cấp tính do hạ natri máu Xétnghiệm những con ngựa bị ảnh hưởng và kiểm tra môi trường cho thấy nguyênnhân là do nồng độ sunfat trong nước quá cao

Một vài nghiên cứu đã báo cáo độc tính sunfat tác động đến một số sinh vậtdưới nước, trong đó có một số loài cá và rong rêu, ở nồng độ bằng hoặc thấp hơn

100 mg/l Trong một loạt các nghiên cứu gần đây, cho thấy mức độ ảnh hưởng thấpnhất của sunfat đến một loài không xương sống trong nước ngọt là 205mg/l

Anion sunfat kết hợp với một số cation kim loại trong nước tạo ra những chấtmang độc tính cao như đồng sunfat Đồng sunfat có thể gây gián đoạn quang hợpcho thực vật Đồng sunfat trong nước gây độc hại cho các sinh vật dưới nước,chúng làm giảm đáng kể số lượng quần thể động vật thủy sinh, thực vật và cá.

c Muối sunfat ăn mòn bê tông xi măng

Sự ảnh hưởng của nồng độ muối sunfat với sự ăn mòn của bê tông xi măngcho thấy các loại muối sunfat có nồng độ lớn hơn 250 mg/l mới có khả năng ăn mòn

rõ rệt Vì khi nồng độ mưới càng cao thì sự tạo thành hydro sunfo aluminat tricanxitcàng nhiều Trong các loại muối sunfat thì muối canxi sunfat có tốc độ ăn mòn lớnhơn các loại muối sunfat khác Điều này được giải thích bằng sự tạo thành nhiềuCaSO4 tạo điều kiện sinh ra nhiều ettrigit Sự tạo thành hydro sunfo aluminattricanxit làm cho cấu trúc đá xi măng xốp hơn Khi đưa ra số liệu so sánh khi ngâmcác mẫu đá xi măng chế tạo từ xi măng pooclăng có hàm lượng C3A 10% trong cácmôi trường muối có nồng độ 2% thì mẫu ngâm trong CaSO4 bị phá hoại trước, chỉsau chưa đầy 3 năm.[2]

d Tính ăn mòn của sunfat

Nồng độ sunfat cao cũng có thể ăn mòn đường ống dẫn nước, đặc biệt làđường ống bằng đồng Trong khu vực có nồng độ sunfat cao, người ta thường sửdụng vật liệu chống ăn mòn như ống nhựa.[2]

e Sunfat kết hợp với các ion Ca 2+ , Mg 2+ tạo nên tính cứng của nước

Trong công nghiệp nước cứng ảnh hưởng lớn đến tất cả các thiết bị đun nấu,tháp giải nhiệt, bình nóng lạnh, nồi hơi…Việc sử dụng nước cứng cho các thiết bịnói trên dẫn đến tình trạng bám cặn trên bề mặt thiết bị đun nấu, bám cặn làm giảm

hệ số lưu thông lưu lượng trên đường ống, dần dần có thể gây áp lực lớn có thể gây

nổ nồi hơi trong một thời gian dài

Trong sinh hoạt nước cứng gây ảnh hưởng không tốt cho sức khỏe con người

Độ cứng vĩnh viễn ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người, nhưng độ cứng tạm thờilại gây ảnh hưởng không tốt cho sức khỏe Đó là một trong các nguyên nhân gây rabệnh sỏi thận, bệnh tắc động mạch do đóng cặn

Việc sử dụng nước cứng trong pha chế thuốc có thể làm giảm hiệu quả mongmuốn của thuốc, nấu thịt, rau khó chín, làm thay đổi hương vị của chè Làm giảmhiệu quả của việc giặt tẩy bằng xà phòng

f Sunfat kết hợp với các cation của hai kim loại có hóa trị khác nhau trong nước tạo nên nước nhiễm phèn

Phèn là những muối kép có cấu tạo tinh thể đồng hình (đa phần có 8 mặt) tạonên bởi các anion sunfat SO42- (cũng có thể là anion selenat SeO42-, anion phứcSeF42- hoặc ZnCl42-) và cation của hai kim loại có hoá trị khác nhau Trong nướcngầm, nước ngầm chủ yếu bị nhiễm 2 loại phèn là: phèn nhôm và phèn sắt

Nước nhiễm phèn thường có tính axit nên nếm có vị chua chua,nước nhiễmphèn cũng khiến giặt quần áo bị ố vàng hết cả Nước nhiễm phèn nặng còn ngửithấy mùi tanh tanh… Nước nhiễm phèn rất có hại cho cơ thể con người khi sửdụng nước nhiễm phèn để ăn uống, tắm giặt… Khi sử dụng nước nhiễm phèn đểtắm rửa dễ làm cho các tế bào da bị khô, phồng và tróc Khi dùng nước nhiễmphèn để ăn uống thì dễ mắc các chứng bệnh đường ruột, thậm chí là ung thư

Chương 2:

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, MÔI TRƯỜNG VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI

KHU VỰC MỎ THAN MẠO KHÊ

2.1 Điều kiện môi trường tự nhiên

2.1.1 Điều kiện vị trí, địa lý

Mỏ Mạo Khê thuộc huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh nằm cách thị trấnMạo Khê 2 km về phía Bắc Công ty than Mạo Khê có tạo độ địa lý từ 106o33’45”kinh độ đông và từ 21o02’30” vĩ độ bắc

Phía Đông mỏ Mạo Khê giáp với mỏ Tràng Bạch, phía Nam khu mỏ là khu dân

cư, khu văn phòng Công ty than Mạo Khê, ga Mạo Khê và các khu công nghiệp,công trình công cộng khác Giáp ranh với phía Tây khu mỏ là Nhà máy nhiệt điệnMạo Khê, phía Bắc khu mỏ là địa tầng không chứa than Dân cư phân bố dày đặcphía Nam khu mỏ (khu Dân Chủ), một phần dân cư và 33,4 ha diện tích đất nôngnghiệp phía Tây Bắc (khu Đồng Trang) và một ít hộ dân phía Tây (khu Vĩnh Lâm)

2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội

Phân bố xung quanh khu mỏ là các khu công nghiệp, khu kinh tế phát triểnsầm uất xen kẽ dày đặc dân cư như khu kinh tế Quang Trung, khu Công Nông, NhàMáy phát điện, nhà máy Cơ khí xích vòng Mạo Khê, trường tiểu học và trườngPTTH Vĩnh Khê, khu Lâm trường Đông Triều nằm ở phía Nam khu mỏ Bên kiaquốc lộ 18A phía Nam khu mỏ có hệ thống trường tiểu học, trường Phổ thông dânQuyết Thắng, khu công nghiệp gốm sứ và cửa hàng trưng bày giới thiệu và bán cácsản phẩm gốm sứ Các khu vực này không bị tác động trực tiếp từ hoạt động khaithác than của mỏ Mạo Khê mà ngược lại tác động tương hỗ lẫn nhau trong quá trìnhphát triển tạo nên một nét riêng rất đặc trưng của thị trấn Mạo Khê

Nằm trị vị trí địa lý thuận lợi, Mạo Khê có thế mạnh là cửa ngõ nối các tỉnhphía Bắc với tỉnh Quảng Ninh thông qua đường quốc lộ 18A dọc phía Nam và cáchtrung tâm mỏ 2 km, tiếp giáp với tỉnh Hải Dương qua sông Kinh Thầy… Từ khaitrường mỏ đến cảng Bến Cân (sông Đá Bạch) có đường ô tô để vận chuyển than, cóđường sắt chở than từ cửa lò chạy cắt qua các vỉa than Cánh Nam và phân bố gầnsong song với tuyến thăm dò T.III Ngoài ra, trong khu có các đường ô tô vậnchuyển than và các loại vật liệu khác Phía Nam của khu mỏ là đường sắt quốc giachạy từ Kép đến Bãi Cháy và Quốc lộ 18A Tàu hoả và ô tô là các phương tiện vậntải chính để chở than và vật tư phục vụ khai thác mỏ Đặc biệt, ở phần phía Nam,cách khu vực dự án 2 km có đường điện cao thế 110KV Phả Lại - Uông Bí

2.1.3 Điều kiện khí tượng

Căn cứ tài liệu khí tượng của trạm khí tượng Bãi Cháy, Đông Triều có số liệu

đo trung bình gần 100 năm cho biết: Tổng thể khu vực nằm trong vùng khí hậunhiệt đới gió mùa, khí hậu biển rõ rệt, hướng gió thịnh hành chủ yếu là hướng Nam

- Đông Nam vào mùa hè (từ tháng 4 đến tháng 10 trong năm) và Bắc - Đông Bắcvào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau)

 Nhiệt độ

- Nhiệt độ trung bình hàng năm: 220C

- Nhiệt độ trung bình cao nhất là: 25,60C

- Nhiệt độ trung bình thấp nhất là: 20,20C

- Nhiệt độ cao tuyệt đối: 40,70C

- Nhiệt độ thấp tuyệt đối: 50C

Bảng 2.1: Nhiệt độ không khí trung bình trong các tháng

Bảng 2.3: Lượng bốc hơi trung bình các tháng và năm

Lượng mưa hàng năm tương đối lớn Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến hếttháng 10, chiếm 80 - 90% lượng mưa hàng năm Lượng mưa trung bình nhiều nămgần 2000 mm Số ngày mưa trong năm là khoảng 148 ngày Tháng mưa ít nhấtkhoảng 5 ngày, nhiều nhất khoảng 6 - 17 ngày Tháng có mưa nhiều là từ tháng 5đến tháng 9; lớn nhất thường là tháng 8, ít nhất là tháng 12.

Bảng 2.4: Lượng mưa trung bình các tháng và năm

Lượng mưa

(mm) 20 31 48 68 168 302 390 454 318 135 37 19 1995

(Nguồn: Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Quảng Ninh năm 2011)

Lượng mưa lớn nhất trong nhóm 1, 3, 5, 7 ngày thường là do bão hoặc ápthấp gây ra Lượng mưa lớn nhất trong một ngày (X1max) là 448 mm Lượng mưa lớnnhất trong 3 ngày (X3 max) là 964 mm

 Gió, bão, giông

Từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau; thường chịu ảnh hưởng của giómùa Đông Bắc, mỗi tháng từ 3 - 4 đợt, mỗi đợt từ 5 - 7 ngày

Mùa hè từ tháng 5 đến tháng 9, chủ yếu là gió Nam và Đông Nam Tốc độgió trung bình năm là 3 - 3,4 m/s

Bảng 2.5: Tốc độ gió trung bình các tháng và năm

Tốc độ gió

(m/s) 2,9 2,6 2,1 2,4 3,1 3,4 3,0 3,4 3,5 3,3 3,1 3,0 3,0

(Nguồn: Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Quảng Ninh năm 2011)

Tốc độ gió lớn nhất thường khi có giông bão, tại trạm Hòn Gai đã đo được

là 45m/s, trạm Đông Triều là 38m/s Trong các đợt gió mùa Đông Bắc thời điểmđầu đợt cũng hay xảy ra gió lớn và có thể tác động gây bụi nhiều tại bãi thải vàkhai trường

- Bão, Giông: Mỗi năm Quảng Ninh chịu ảnh hưởng trung bình 5 - 6 cơnbão, năm nhiều có tới 9 - 10 cơn Bão thường tới cấp 8 - 9, cá biệt đã có những trậnbão cấp 12; tháng 7đến tháng 8 là những tháng bão hay đổ bộ vào Quảng Ninh Cónhững cơn bão đổ bộ vào gây ảnh hưởng trực tiếp nhưng cũng có cơn bão chỉ gâyảnh hưởng gián tiếp Theo điều tra thống kê thì tác động trực tiếp hay gián tiếp đềuchịu ảnh hưởng với những mức độ khác nhau

Cơn giông thường xảy ra trong mùa hạ, trung bình mỗi tháng có 5 ngày; cáctháng 6, 7, 8 mỗi tháng có thể có tới 10 ngày

2.1.4 Điều kiện thủy văn

a Nước trên mặt

Toàn bộ mỏ Mạo Khê là vùng đồi núi thấp bị bào mòn Các dãy núi có phươngkéo dài từ Đông sang Tây Độ cao của địa hình trong khu mỏ từ +15m đến +503m,điểm cao nhất ở đỉnh núi Cao Bằng Do địa hình dốc, nên khi có mưa rào, nướcmưa tập trung rất nhanh, dễ tạo thành lũ

Trong khu mỏ có hệ thống sông suối rất phát triển như suối Đoàn Kết, suốiTràng Bạch, suối Non Đông (còn gọi là suối Bình Minh) và Sông Đá Bạc

Theo quan trắc trạm khí tượng Mạo Khê năm 2011, lưu lượng nước lũ caonhất của suối Tràng Bạch có thể đạt đến 30 m3/s, suối Đoàn Kết lưu lượng có thểđạt đến 15 m3/s, suối Non Đông đến 21,3 m3/s Sông Đá Bạc (hay còn gọi là sông

Đá Vách) chảy qua phía Nam và cách khu Mạo Khê 4 km, hướng dòng chảy từ Tâysang Đông, đến Quảng Yên rồi đổ ra biển Sông Đá Bạc hợp lưu với suối Non Đôngtại cảng Bến Cân

Các sông suối sẽ chịu ảnh hưởng bởi hoạt động khai thác, thoát nước mỏ chỉbao gồm suối Non Đông và sông Đá Bạc Nước thải toàn mỏ sẽ thải ra suối NonĐông, suối Non Đông chảy ra sông Đá Bạc

Suối Non Đông bắt nguồn từ đỉnh Đông Sơn đến đỉnh Rừng Nam, hướng chảy

từ Đông Bắc xuống Tây Nam chiều dài trên 2 km Suối Non Đông chảy qua khaitrường khu mỏ và đổ ra sông Đá Bạc tại cảng Bến Cân Theo kết quả quan trắc củatrung tâm khí tượng thủy văn Đông Triều (năm 2005-2008) cho thấy vào mùa mưalưu lượng của suối lên tới 21,330 l/s mùa khô giảm xuống còn 0,9051 l/s

Ngoài ra, cách khu mỏ 4km về phía Đông còn có hồ Cầu Cuốn với dung tích9000m3 phục vụ tưới tiêu cho vùng

b Đặc điểm nước dưới đất

 Tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ Tứ

Trầm tích Đệ Tứ phân bổ khắp khu mỏ, thành phần chủ yếu là cát sét pha sạnsỏi lẫn mùn thực vật, trạng thái dẻo đến cứng Chiều dày trung bình khoảng 10m.Nước trong trầm tích Đệ Tứ là nước lỗ hổng Điều kiện tàng trữ thường gặp là bồitích và đôi khi ở sườn tích Động thái của tầng phụ thuộc theo điều kiện khí tượngthuỷ văn, mùa mưa mực nước cao hơn mùa khô từ 0,5 m - 1,0 m Nguồn cung cấpcho tầng chứa chủ yếu là nước mưa Tầng chứa nước trong trầm tích Đệ Tứ cóchiều dày mỏng, trữ lượng nước không đáng kể, đủ sử dụng cho sinh hoạt gia đình,

không đáp ứng sử dụng công nghiệp Tầng chứa nước này không gây nhiều khókhăn cho khai thác lò giếng.

 Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích Neogen

Trầm tích Neogen phân bố phía Tây, chiều dày từ 30 m - 300 m Thành phần chủyếu sét pha hạt mịn, cát pha sét, phần lớn ở dạng bán keo kết, mức độ gắn kết yếu

 Phức hệ chứa nước khe nứt trong trầm tích chứa than tuổi T3 n-r hg (tuổiTrias muộn, Nori – Rety)

Trầm tích chứa than trong khu mỏ có chiều dày địa tầng lên tới 2400m Đáchứa nước trong khu mỏ gồm cuội kết, sạn kết, cát kết Đặc điểm trầm tích nhịp làmcho có sự xen kẽ các lớp chứa nước và cách nước trong địa tầng chứa than Nướctồn tại trong kẽ nứt của đá, vận động mang tính áp lực Nguồn cung cấp cho phức

hệ chứa nước trong trầm tích chứa than là nước mưa

Về thành phần hoá học nước của phức hệ chứa nước trong trầm tích chứa than.Thuộc loại nước nhạt, trung tính, ít cặn, cặn cứng, nửa sủi bọt, nửa ăn mòn Loạihình hoá học là nước Bicacbônát sun phát canxi magiê

 Đới chứa nước khe nứt trong các đới phá huỷ kiến tạo

Các đứt gãy có trong khu mỏ đều có đới huỷ hoại, chiều dày đới lên tới vàichục mét Thành phần của đới huỷ hoại là hỗn độn các mảnh vụn cát kết, sét kết,bột kết có chỗ chứa oxit sắt, và khoáng vật màu trắng như thạch cao, có chỗ lẫnnhiều đá tảng là sạn kết, cát kết cỡ 30 cm Mức độ gắn kết của các thành phần cấutạo nên đới hủy hoại kém bền vững dễ vụn bở

2.2. Hiện trạng các thành phần môi trường

2.2.1 Hiện trạng môi trường không khí

Bảng 2.6: Vị trí các điểm đo đạc, lấy mẫu

TT Ký hiệu Vị trí các điểm đo đạc, lấy mẫu Tọa độ

Khu vực đang sản xuất hiện nay

TT Ký hiệu Vị trí các điểm đo đạc, lấy mẫu Tọa độ

Y: 665166,79

10 K10 Chợ dân cư khu Dân chủ (giáp văn phòng

Công ty than Mạo Khê)

X: 2331753,22Y: 668380,30

11 K11 Dân cư phía Tây Bắc (khu Đoàn Kết) X: 2330802,23

Y: 665215,81

12 K12 Dân cư phía Tây (khu Vĩnh Lâm) X: 2331420,06

Y: 665568,62Khu vực dân cư không bị ảnh hường

Các số liệu vi khí hậu, tiếng ồn, nồng độ bụi lơ lửng được đo tại hiện trường

- Đối với mẫu khí được lấy bằng phương pháp hấp thụ mang về phòng thí nghiệmphân tích bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS; máy quang phổ tử ngoạikhả kiến UV - VIS

- TCVN 3985:1999-Tiêu chuẩn tiếng ồn tại môi trường lao động

2.2.1.4 Kết quả

Bảng 2.7: Kết quả quan trắc định kỳ hàm lượng bụi

Giá trị đo (mg/m3)Quý

4/2012

Quý1/2013

Quý2/2013

Quý3/2013

Trích nguồn: Báo cáo kết quả quan trắc môi trường mỏ than Mạo Khê

(-): Điểm này không quan trắc năm 2013

Nồng độ bụi tại thời điểm đo quý 4/2012 tại hầu hết các điểm đo đều vượt tiêuchuẩn cho phép song ở mức độ nhẹ rơi vào các điểm đo cửa lò Các điểm đo cảngBến Cân, Ngã tư giao lộ ra cảng Bến Cân, khu nhà sàng có nồng độ bụi cao hơn, giátrị đo vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,53-2,17 lần Thời điểm đo quí 1/2013, các điểm

đo khu vực cửa lò hầu như có nồng độ bụi đạt TCCP hoặc vượt không đáng kể, cóthể chấp nhận được Riêng điểm đo khu vực nhà sàng vẫn có nồng độ bụi vượt tiêuchuẩn cho phép ở mức độ thấp Thời điểm quan trắc quý 2 và 3/2013 phát hiện thấy

2 điểm đo khu vực nhà sàng và ngã tư ra cảng Bến Cân có nồng độ bụi không đạtTCCP Như vậy, trong số các điểm đo có 2 điểm đo thuộc khu vực sàng tuyển vàngã tư ra cảng Bến Cân thường xuyên có nồng độ bụi lơ lửng không đạt tiêu chuẩncho phép theo QCVN 05:2009/BTNMT Tuy nhiên giá trị đo không vượt TCCPnhiều do khu vực xưởng sàng đã được lắp hệ thống phun sương chống bụi, khu vựcngã tư thường xuyên được mỏ tưới nước dập bụi nên đã hạn chế tối đa lượng bụiphát sinh trong quá trình sàng tuyển và vận chuyển ô tô ra cảng Bến Cân

Bảng 2.8: Kết quả quan trắc định kỳ tiếng ồn

Quý 2/2013

Quý 3/2013

4 Dân cư gần khu chợ Dân Chủ 62 60 64 65

QCVN 26:2010 (khu vực thông thường, từ 6h-21h) 70

TCVN 3985:1999 (đối với môi trường lao động) 85

Trích nguồn: Báo cáo kết quả quan trắc môi trường mỏ than Mạo Khê

Kết quả quan trắc định kỳ tiếng ồn tại mỏ Mạo Khê cho thấy hầu hết các điểm

đo đều có tiếng ồn nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, tiếng ồn tại khu vựcnhà sàng và trạm quạt thường có tiếng ồn cao vượt tiêu chuẩn song không thườngxuyên qua các kỳ quan trắc Khu vực sàng tuyển thường tập trung đông công nhânnên ảnh hưởng đến người làm việc tại khu vực xưởng sàng nhưng khu vực trạmquạt thường ít người nên không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người công nhân.Các khu vực khác và khu dân cư lân cận mỏ có tiếng ồn đạt TCCP

Bảng 2.9: Kết quả quan trắc định kỳ hàm lượng khí NO2

Giá trị đo (mg/m3)Quý

4/2012

Quý1/2013

Quý2/2013

Quý3/2013

Bảng 2.10: Kết quả quan trắc định kỳ hàm lượng khí SO2

Giá trị đo (mg/m3)Quý

4/2010

Quý1/2011

Quý2/2011

Quý3/2011

QCVN 05:2009/BTNMT (Tb 1h) 0,35

Tương tự như khí NO2, nồng độ chất khí SO2 tại các điểm đo thuộc khu vực sảnxuất và khu dân cư đều thấp, nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN05:2009/BTNMT Các điểm đo chưa có biểu hiện ô nhiễm loại khí này

2.2.2 Hiện trạng chất lượng nước

 Chất lượng nước ngầm

Bảng 2.11: Vị trí lấy mẫu nước ngầm

1 NN1 Nước giếng khu dân cư Đoàn Kết

2 NN2 Nước giếng khu dân cư Vĩnh Lâm

Bảng 2.12: Kết quả phân tích hiện trạng chất lượng nước ngầm

TT Chỉ tiêu

phân tích Đơn vị

Kết quả phân tích

QCVN09:2008/BTNMT

Ghi chú: "-" Không quy định

kphđ: không phát hiện được

lần 1 vào ngày 15/9/2013 và lần 2 vào các ngày 28/10/2013

Kết quả phân tích cho thấy hai mẫu ngầm khu dân cư lân cận mỏ cho thấy cácmẫu chưa bị ô nhiễm các chỉ tiêu lý hóa song có dấu hiệu ô nhiễm chỉ tiêu sinh học

 Chất lượng nước mặt

Bảng 2.13: Vị trí các điểm lấy mẫu nước mặt

TT Ký hiệu Vị trí các điểm đo đạc, lấy mẫu Tọa độ

1 NM1 Suối Non Đông đoạn chảy qua chùa Non Đông

2 NM2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải lò sau xử lý

3 NM3 Sông Đá Bạc (cảng Bến Cân)

Chất lượng nước mặt còn được đánh giá qua kết quả quan trắc định kỳ hàngcủa mỏ Mạo Khê như sau:

 Độ pH

Bảng 2.14: Độ pH của nước mặt liên quan đến việc tiếp nhận nước thải mỏ

Giá trị pHQuí

IV/2012

QuíI/2013

QuíII/2013

1 Suối Non Đông đoạn trước khi tiếp nhận

nước thải mỏ (chảy qua chùa Non Đông) 6,2 6,7 6,5

2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải mỏ

(Trích nguồn: Báo cáo kết quả quan trắc định kỳ mỏ Mạo Khê)

Từ kết quả quan trắc định kỳ 3 quí gần đây cho thấy pH các mẫu đều có giá trịtrung tính với giá trị đo dao động từ 6,2-7,1 trong đó mẫu nước sông Đá Bạc lấy tạicảng Bến Cân có độ pH cao hơn trong 3 mẫu kiểm tra, kế đến là mẫu nước suối NonĐông đoạn chảy qua chân chùa Non Đông

 Hàm lượng cặn lơ lửng

Bảng 2.15: Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ

Hàm lượng cặn lơ lửng, mg/lquí

IV/2012

quíI/2013

quíII/2013

1 Suối Non Đông đoạn trước khi tiếp nhận

nước thải mỏ (chảy qua chùa Non Đông)

97

2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải mỏ

Kết quả phân tích hàm lượng cặn trong các mẫu qua 3 quý nhận thấy hàmlượng cặn lơ lửng trong các mẫu khá cao, có nguy cơ ô nhiễm chỉ tiêu này khi giá trịphân tích xấp xỉ ngưỡng giới hạn cho phép trong đó mẫu nước sông Đá Bạc có hàmlượng cặn lơ lửng cao hơn 2 mẫu còn lại

 Hàm lượng BOD 5

Bảng 2.16: Hàm lượng BOD5 trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ

TT Điểm quan trắc

Hàm lượng BOD5, mg/lQuí

IV/2012

QuíI/2013

QuíIII/2013

1 Suối Non Đông đoạn trước khi tiếp nhận

2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải

Hai mẫu nước suối Non Đông lấy đoạn chảy qua chùa Non Đông và qua khaitrường mỏ Mạo Khê nhìn chung có hàm lượng BOD5 thấp hơn so với mẫu nướcsông Đá Bạc, giá trị phân tích đều đạt TCCP qua các kỳ phân tích Riêng nước sông

Đá Bạc có hàm lượng BOD5 cao hơn so với 2 mẫu còn lại Sông Đá Bạc tiếp nhậnnước thải từ nhiều nhánh suối chảy qua khu dân cư nên có thể đây là một trongnhững nguyên nhân làm gia tăng hàm lượng BOD5 trong nước sông

 Hàm lượng COD

Bảng 2.17: Hàm lượng COD trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ

Hàm lượng COD, mg/lQuí

IV/2013

QuíI/2013

QuíIII/2013

1 Suối Non Đông đoạn trước khi tiếp nhận

2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải mỏ

Tương tự như đối với hàm lượng BOD5, hai mẫu nước suối Non Đông lấy đoạnchảy qua chùa Non Đông và qua khai trường mỏ Mạo Khê nhìn chung có hàm lượngCOD thấp hơn so với mẫu nước sông Đá Bạc, giá trị phân tích đều đạt TCCP qua các

kỳ phân tích Mẫu nước sông Đá Bạc có hàm lượng COD cao hơn các mẫu còn lại

 Hàm lượng sắt

Bảng 2.18: Hàm lượng sắt trong nước mặt tiếp nhận nước thải mỏ

Hàm lượng COD, mg/lQuí

IV/2010

QuíI/2011

QuíIII/2011

1 Suối Non Đông đoạn trước khi tiếp nhận

nước thải mỏ (chảy qua chùa Non Đông) 1,25 1,20 1,28

2 Suối Non Đông đoạn tiếp nhận nước thải mỏ

Hàm lượng sắt trong các mẫu tuy chưa vượt tiêu chuẩn cho phép qua các kỳphân tích song kết quả cho thấy cũng khá cao khi hàm lượng nguyên mẫu đều lớnhơn 1 mg/l

2.2.3 Hiện trạng môi trường đất

Bảng 2.19: Vị trí lấy mẫu đất

1 Đ1 Đất bãi thải lộ vỉa 8 cánh Nam

Bảng 2.20: Kết quả phân tích mẫu

Kết luận theotừng thangđánh giá riêng

Đất bãi thải lộ vỉa

8 cánh NamLần 1 Lần 2

Căn cứ theo thang đánh giá pH nhận thấy:

Mẫu đất lấy tại chân bãi thải lộ vỉa 8 cánh Nam có độ pH thấp hơn với kết quảphân tích trong khoảng 5,73 - 5,91 (đất có độ chua nhẹ)

Nitơ là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng đất thôngqua khả năng cung cấp đạm cho cây trồng Trong đất, nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng dễtiêu (98%) Căn cứ theo thang đánh giá hàm lượng Nitơ tổng số nhận thấy:

Qua thang đánh giá nhận thấy, mẫu đất chân bãi thải lộ vỉa 8 cánh Nam cóhàm lượng nitơ trong khoảng từ 0,0585 - 0,0613 %, đất thuộc loại nghèo nitơ

 Hàm lượng P2O5

Photpho là một chỉ tiêu dinh dưỡng không thể thiếu trong quá trình sinhtrưởng và phát triển bình thường của cây trồng, đặc biệt là rễ và hạt Đất tại các vịtrí lấy mẫu được đánh giá theo thang P2O5:

Thang đánh giá đất theo hàm lượng P 2 O 5

P2O5 < 3 mg/100g đất NghèoP2O5 = 3 - 8 mg/100g đất Trung bìnhP2O5 = 8 - 15 mg/100g đất Khá

P2O5 > 15 mg/100g đất GiàuTheo thang đánh giá P2O5 nhận thấy, mẫu đất chân bãi thải lộ vỉa 8 cánh Nam

có hàm lượng photpho thuộc loại khá với hàm lượng phân tích dao động trongkhoảng từ 6,8-7,6%

 Hàm lượng K2O

Tương tự như Nitơ và Photpho, Kali cũng là một trong những yếu tố dinhdưỡng không thể thiếu đối với cây trồng, đặc biệt là sự phát triển của lá cây Đểđánh giá hàm lượng Kali trong đất, dựa vào thang đánh giá sau:

Thang đánh giá đất theo hàm lượng K 2O

K2O < 5 mg/100g đất NghèoK2O = 5 - 10 mg/100g đất Nghèo vừaK2O = 10 - 15 mg/100g đất Trung bìnhK2O = 15 - 20 mg/100g đất Khá

K2O = 20 - 25 mg/100g đất GiàuK2O > 25 mg/100g đất Rất giàuNhư vậy, mẫu đất chân bãi thải lộ vỉa 8 cánh Nam có hàm lượng kali ở mức độnghèo vừa khi kết quả phân tích nằm trong ngưỡng từ 5,5 - 6,8 mg/100g đất

d Hàm lượng các kim loại nặng

Đất tại các vị trí quan trắc trong khu vực dự án còn được đánh giá qua các chỉtiêu kim loại nặng như: As, Pb, Zn, Cd và Cu

Từ kết quả phân tích một số kim loại nặng trong các mẫu đất bảng 2.20 chothấy các mẫu phân tích không bị ô nhiễm kim loại nặng Các chỉ tiêu phân tích đềuthấp hơn giới hạn cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT (đối với đất sử dụng chomục đích lâm nghiệp)

2.3. Tình trạng sunfat trong nước thải và hệ thống xử lý nước thải của mỏ

than Mạo Khê

Hiện nay, mỏ than Mạo Khê đang xử dụng hệ thống xử lý nước thải bằng đấtngập nước với công suất cao nhất là 100 m3/ngày Hệ thống này nằm trên phần đấtcủa thôn Tràng Bạch – Đông Triều – Quảng Ninh, được đặt dưới chân núi để việcthu gom nước thải được dễ dàng hơn Hệ thống được vận hành với thời gian lưu từ

7 – 10 ngày, với thể tích toàn bộ hệ thống là 7000 m3, thể tích sử dụng thực là

3500 m3 Hệ thống sử dụng chủ yếu 2 loại cỏ là: cỏ bấc đèn và sậy

Ghi chú: : hệ thống đường ống

: cỏ bấc đèn: sậy

Chiều cao thành hệ thống 2m

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại mỏ than Mạo Khê

Bảng 2.21: Thành phần nước thải mỏ than Mạo Khê

TT Ion Nồng độ trung bình đầu

Từ bảng phân tích các thành phần có trong hệ thống xử lý nước thải trước vàsau xử lý, nhận thấy hiệu quả xử lý của hệ thống đối với sunfat nói riêng và các ionkhác nói chung chưa cao, diện tích sử dụng lớn Vì vậy, việc xây dựng một hệ thốngmới, đáp ứng được nhu cầu của mỏ than Mạo Khê, đáp ứng được hiệu quả xử lý và

có thể tiết kiệm được diện tích hệ thống là điều cần thiết, để nâng cao chất lượngmôi trường khu vực mỏ than Mạo Khê

Chương 3:

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SUNFAT TRONG NƯỚC THẢI

3.1 Các phương pháp vật lý

3.1.1 Phương pháp thẩm thấu ngược

Khái niệm: thẩm thấu là sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịchloãng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm Ở tại một áp suất nhất định,

sự cân bằng được thiết lập thì áp suất đó gọi là áp suất thẩm thấu [3]

Cơ chế: Người ta xử dụng quá trình thẩm thấu này vào trong kỹ thuật xử lýnước như sau: Người ta nén dung dịch với áp xuất cao thường từ 20 - 100 bar, chỉ

có dung môi sạch (nước) đi qua được màng bán thấm Mặc dầu kích thước củanhiều ion nhỏ hơn kích thước của phân tử nước Các ion-hydrat cùa các ion này cókích thước lớn không đi qua được mao quản của màng Kích thước lớp màng hydratcủa các ion khác nhau sẽ khác nhau

Một nhà máy thí điểm cho việc sử dụng các hạt thẩm thấu ngược đã được hoạtđộng ở Nam Phi khoảng 5000 giờ và có 96% lượng nước giảm sunfat từ khoảng

6600 mg/L đến 150 mg/L Sự phục hồi của nước trên 95% đã được chứng minh bởicác nghiên cứu thí điểm Nhận thấy một vấn đề trong hoạt động thí điểm của quátrình này là khó khăn trong việc duy trì một tải lượng 550 L/m2/d do ô nhiễm củamàng tế bào, có thể là do các hạt SiO2 bị bít lại

Ưu điểm của phương pháp này là không tốn hóa chất và giảm thiểu được sựthay đổi thành phần trong dich lọc

3.1.2 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được biết đến như một phương pháp hiệu quả - loại

bỏ phần lớn lượng sunfat trong nguồn nước công cộng, chăn nuôi, nước kinh doanh,nhưng phương pháp này ít được sử dụng trong các hộ gia đình

Trong phương pháp trao đổi ion, các ion được tách ra khỏi dung dịch đồngthời, một lượng tương đương của các ion khác đi vào trong dung dịch Nó đượcphân biệt thành các chất trao đổi cation và chất trao đổi anion Các chất trao đổi ionchủ yếu không tan trong nước, nó được sản xuất từ nhựa tổng hợp chứa các nhómchức, các nhóm này có khả năng liên kết với các anion cũng như cation Các chấttrao đổi cation thông thường chứa các nhóm sunfua axit hoặc nhóm carboxyl, cácnhóm chức này có khả năng liên kết với các ion tích điện dương và giải phóng raion natri hoặc ion H+ vào dung dịch Chất trao đổi anion chứa các nhóm chức ví dụ

như amino và có khả năng liên kết với các ion tích điện âm trong quá trình trao đổi

và giải phóng ra ion clorua hay ion hydroxyl Khi dung lượng trao đổi của nhựa traođổi ion cạn kiệt, chúng phải được tái sinh lại Nhựa trao đổi cation phải được táisinh bằng dung dich axit mạnh như H2SO4 hoặc HCl Trong khi đó, đối với nhựatrao đổi anion được xử lý chủ yếu bằng NaOH Dung dich sau khi rửa giải, nhựatrao đổi ion tiếp tục được bảo quản hoặc xử lý Phương pháp trao đổi ion được ứngdụng chủ yếu trong việc xử lý độ cứng và loại bỏ muối trong nước thải đồng thờichúng cũng được sử dụng cho việc loại bỏ và thu hồi các kim loại nặng từ nướcthải Mặc dù việc sử dụng phương pháp trao đổi ion đơn giản, nhưng nó cần phải xử

lý nhựa thường xuyên và tái chế hay bảo quản chất thải bởi vậy nó phải có chi phí

bổ sung cho công việc đó [12]

Cơ chế: Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắntrao đồi ion với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Cácchất này gọi là các ionit (cationit hay aninonit) (chất trao đổi ion), chúng hoàn toànkhông tan trong nước

 Cơ chế trao đổi ion gồm những giai đoạn sau:

Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất thải lỏng tới bề mặt của lớp biên giớimàng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới.Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi Khuếch tán ion Abên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion Phản ứng hoá họctrao đổi ion A và B

Khuếch tán ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân chia pha.Chuyển các ion B qua biên giới phân chia pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng.Khuếch tán các ion B qua màng Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng

3.1.3 Phương pháp điện phân và điện phân đảo cực

Quá trình này sử dụng dòng điện trực tiếp qua các chồng màng chọn lọc cation

và anion Trong nước thải, anion được thu hút vào cực dương nhưng không thể điqua màng anion không thấm nước và do đó tập trung Cation di chuyển theo hướngngược lại và bị cản bởi cation thấm / anion chống thấm Thùng chứa ban đầu đã bịxóa do đó muối và có thể được chiết xuất nước sạch Bằng cách sử dụng đảo ngượchiệu quả quá trình này được cải thiện rất nhiều Cực dương và cực âm có thể đượcthay đổi theo định kỳ như thể các kênh nước thải và nước sạch Điều này làm giảmkhả năng tắc nghẽn màng tế bào và tạo điều kiện tái tạo của màng tế bào bằng cách

tự làm sạch Một lợi thế lớn của điện phân và điện phân đảo cực hơn kỹ thuật thẩm

thấu ngược là hệ thống không nhạy cảm với nhiệt độ nước thải hoặc pH Chi phíđầu tư được giảm như các chi phí hoạt động do áp lực làm việc thấp hơn Tuy nhiên,lớp cặn CaSO4 có thể hình thành do không được tiền xử lý Một nghiên cứu nhàmáy thí điểm tại mỏ vàng Beatrix ở Nam Phi đạt được sự thu hồi của muối 80%, thuhồi 84% nước Các nước có Fe cao, Mn, Na và Cl cũng như sunfat [11]

Hình 3.1: Mô hình điện phân dung dịch

Kỹ thuật phổ biến của lọc là sử dụng các polyelectrolytes hoặc muối kim loại

để hoạt động như một chất xúc tác kết tủa hoặc tạo bông Các kỹ thuật vật lý cũngđược áp dụng như lọc, làm đông hoặc rã đông, phát xạ và chiếu xạ

Các hạt có kích thước nhỏ có thể được lọc bằng lọc chân không và điện phân[6] Điện phân đặc biệt phù hợp vớihạt siêu nhỏ hoặc hạt keo (50% < 2 µm)

3.1.5 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là một trong những phương pháp mang lại hiệu quả cao Có thể dùng

để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất ô nhiễm nhỏ và có thể xử lý triệt đểnước thải đã qua xử lý sinh học hoặc qua các biện pháp xử lý hoá học

Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi làhiện tượng hấp phụ Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng vàkhí, giữa pha lỏng và pha rắn [4]

Cơ sở quá trình hấp phụ [13] [18]

Hấp phụ các chất hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử hoặc ion củanhững chất đó từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường lực bềmặt Trường lực bề mặt gồm có hai dạng:

 Hyđrat hoá các phân tử chất tan, tức là tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chấtrắn hoà tan với những phân tử nước

 Tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chất bị hấp phụ với các phân tử trên bề mặtchất rắn

Khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được cácphân tử của các chất không phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các chấtphân ly Khả năng hấp phụ các chất trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt

độ Nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì có thể diễn

trăm sunfat Thiết bị chưng cất cần khoảng bốn giờ để sản xuất 1 gallon nước vàtiêu tốn khá nhiều năng lượng cho hoạt động này [4]

3.2 Các phương pháp hóa học

Kết tủa mối không tan thông qua phản ứng hóa học và kết tủa để tạo thành thạchcao (CaSO4.2H2O), barite (BaSO4) hoặc ettringite, Ca6Al2(SO4)3(OH)12.26H2O

 Phản ứng tạo thạch cao

Việc loại bỏ sunfat bằng vôi bột hoặc đá vôi được thông qua phản ứng tạoCaSO4 Phản ứng tạo thạch cao thường là sản phẩm đi kèm của việc bổ sung vôi đểnâng pH cho nước thải trước khi đưa ra hệ thống thoát nước chứ không thườngđược dùng như biện pháp khử sunfat chính [16]

Các vi khuẩn kị khí có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ, cũng như hydro làmnguồn carbon và năng lượng Ở đây, các hợp chất giàu oxi như nitrat, nitrit vàsunfatđóng vai trò là chất nhận điện từ Phương trình phản ứng dưới đây chỉ rõ điều đó:

SO42- + 2 (CH2O) + 2 H+→ H2S + 2 CO2 + 2 H2O (3.2)SO42- + 4 H2 + H+ → HS- + 4 H2O (3.3)Một phần năng lượng giải phóng ra được tích lũy và được sử dụng cho quátrình tổng hợp tế bào, một phần lượng carbon được sử dụng cho quá trinh phát triểncủa vi sinh, phần khác thì được sử dụng cho quá trình khử sunfat hay nitrat bằng

vi sinh [12]

 Cơ chế của phản ứng

Việc khử sunfat bằng vi sinh có thể được chia làm 2 quá trình cơ bản: quátrình khử sunfat thành sunfua và quá trình tế bào tiếp nhận sunfat để tạo thành hợpchất hữu cơ (protein) qua đó tổng hợp nên lượng sinh khối Trong quá trình khửsunfat để tạo sunfua tạo ra chất kiềm và về cơ bản các ion kim loại nặng sẽ tạo kếttủa sunfua của kim loại nặng qua đó nó kết tủa và được loại bỏ khỏi dung.

PPATP

ATP-Sunfua ylase

APS-Kinase

NADPH 2e -

NADP+

Sulfit-Reduktase

Ausscheidung

Dissimilatorische Sunfat reduktion

Organische verbindungen (Cystein, Methionin und so weiter)

Schwefel-Assimilatorische Sunfat reduktion

2e

-6e

-6eAPS - Reduktase

-Hình 3.2: Các bước phản ứng của quá trình khử sunfat bằng vi sinh [15]

3.3.2 Hệ thống đất ngập nước nhân tạo

Trong những năm gần đây, các hệ thống đất ngập nước nhân tạo được sử dụng

để xử lý nước thải mỏ ngày càng trở nên phổ biến Các hệ thống đất ngập nướcnhân tạo được xây dựng để xử lý nước thải phỏng theo các quá trình sinh học, hóa

và lý học của các vùng đất ngập nước tự nhiên Các vùng đất ngập nước có thể loại

bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải hoặc chuyển chúng thành các dạng vật chất ít ảnhhưởng tới sức khỏe con người và môi trường Thuận lợi chính của việc sử dụng hệthống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải là quá trình xử lý được thực hiệnliên tục trong điều kiện tự nhiên và với một giá thành rẻ vì chi phí xây dựng và bảoquản thấp Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo này được sử dụng cho việc xử lýcác loại nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ như nước thải nhà máy giấy, nhà máychế biến thực phẩm, bia rượu, chế biến cà phê, cơ sở giết mổ

Hình 3.3: Mô hình hệ thống đất ngập nước xử lý nước thảiTrong hệ thống đất ngập nước, cây đóng vai trò cung cấp oxy và các chất hữu

cơ cho vi sinh, tạo ra môi trường kị khí và hiếu khí xung quanh bộ rễ, tạo điều kiệncho các quá trình oxy hóa và quá trình khử:

(CH2O)n + SO42- CO2 + S2- + OH- (3.5)