CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI MỎ
2.2. Các phương pháp xử lý nước thải mỏ trên thế giới
Xử lý nước thải mỏ ngay tại nguồn thải luôn là phương pháp ưu tiên được chú trọng tại hầu hết các mỏ trên thế giới. Vấn đề phục hồi môi trường nước còn lại chỉ là ngăn chặn nước mưa chảy tràn hoặc nạo vét sông ngòi để khai thông dòng chảy và nâng cao dung tích hồ chứa tại các khu vực nhận thải lân cận. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải mỏ, dưới đây là một số giải pháp được sử dụng nhiều nhất:
2.2.1. Xử lý nước thải mỏ trước khi xả thải a. Công nghệ hóa học
Phương pháp hóa học xử lý nước thải mỏ gồm 5 bước chính sau:
* Điều hòa và kiểm soát lưu lượng và đặc tính của nguồn nước thải.
* Trung hòa bằng các hóa chất.
* Oxi hóa, làm kết tủa các ion kim loại dạng hòa tan.
* Lắng cặn các hydroxit kim loại và các chất rắn lơ lửng khác.
* Loại bỏ bùn cặn.
Tùy theo tính chất nước thải mỏ và lưu lượng mà người ta áp dụng những hệ thống khác nhau, cũng như các hóa chất, chất trợ lắng khác nhau.
Để xử lý nước thải của mỏ kim loại , trên thế giới người ta áp dụng rộng rãi phương pháp hóa học. Phương pháp này phân thành 2 dạng: Sục khí và sử dụng các hóa chất để trung hòa nước thải mỏ có tính axit và kết tủa Fe, Cu, Mn.
+ Dạng sục khí:
Sục khí là phương pháp xử lý hóa học đơn giản nhất. Khi sục khí Fe(II) và Mn(II) ở dạng hòa tan có thể được oxi hóa và kết tủa dưới dạng Fe(III) và Mn(IV). Mức độ oxi hóa các chất phụ thuộc nhiều vào giá trị pH của nước. Sục khí tạo phản ứng oxi hóa Fe(II)
Ôxi hoá sắt 1. Sục khí, khuấy trộn 2. Hóa chất ôxi hoá Ôxi hoá sinh học
Thải bùn Xả thải
Cặn lắng 1. Gạn
2. Máy tách 3. Ao, hồ lắng Đập ngăn
Bổ sung chất trợ lắng
Hoà trộn 1. Máy
2. Nhân công Hoà trộn tự nhiên
Nước thải mỏ có tính axít được tập trung thu gom 1. Từ trong mỏ N ớc chảy tràn bề mặt Lựa chọn chất kiềm
1. Vôi tôi 2. Đá vôi 3. Xút (NaOH) Natricacbonat (Na2CO3)
5. Amoniac (NHBảo quản, nạp hoá chất3) 1. Dạng khô
2. Dạng dung dịch
thành Fe(III) khi pH>7,2; Với Mn(II) thành Mn(IV) khi pH > 9,4. Nếu yêu cầu loại bỏ Cu(II) thì có thể cần thiết phải tăng pH bằng hóa chất.
Những khu vực rộng lớn thường được áp dụng kiểu các thác nước để trộn lẫn không khí khi không có sự điều chỉnh pH. Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến ở trên thế giới và ở Việt Nam Trước đó, năm 2005, Vicem Hoàng Thạch đã tự nghiên cứu, xây dựng và đưa vào sử dụng hệ thống xử lý bằng phương pháp tuyển nổi (sục khí) để giảm thiểu hàm lượng dầu lẫn trong nước thải tại đây. Theo kết quả quan trắc hằng năm, chất lượng nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi xả ra môi trường. Đặc biệt là chỉ tiêu dầu thải, trước xử lý là: 8.5 mg/l, sau xử lý còn 0,28 mg/l (số liệu quan trắc tháng 11/2008) nhỏ hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép. Hiện nay, bể xử lý vẫn hoạt động thường xuyên, hiệu quả.
+ Các hệ thống xử lý hóa chất điển hình:
Đặc tính chung của nước thải mỏ là có tính axit cao, hàm lượng ion Fe, Mn ở dạng hòa tan cao. Các công ty khai thác mỏ trên thế giới thường chủ động dùng các hóa chất để xử lý nước thải mỏ. Các hóa chất có tính kiềm được sử dụng để trung hòa và chuyển hóa các kim loại dạng hòa tan trong nước thải mỏ có tính axit. Trong công nghệ xử lý nước thải mỏ bằng hóa chất có các yêu cầu được đặt ra, đó là: Giá hóa chất xử lý, giá vận hành các thiết bị hòa trộn và nạp hóa chất, các phản ứng oxi hóa, hệ thống hồ lắng trong 1 hệ thống xử lý nước thải mỏ của Wildeman (1994) [5].
Lớp: Địa Sinh Thái-K52 44 Sinh Viên: Hà Đắc Phương
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mỏ có tính axit bằng kiềm và oxi hóa Fe của Wildeman
Một số hệ thống xử lý nước thải mỏ dùng các loại hóa chất khác nhau:
- Hệ thống dùng sữa vôi: sữa vôi được khuấy trộn và nạp bằng hệ thống “Aqua fix systems”.
- Hệ thống dùng CaO: CaO được khuấy trộn và nạp bằng hệ thống “Aqua fix systems”.
- Hệ thống dùng Natrihyđrôxít(NaOH – xút) - Hệ thống dùng Na2CO3.
- Hệ thống dùng amoniac.
Trong quá trình xử lý nước thải mỏ, để đẩy nhanh quá trình oxi hóa, kết tủa các ion kim loại và lắng đọng các chất rắn lơ lửng thường cần phải bổ sung thêm một số hóa chất với vai trò làm chất xúc tác, gồm:
- Các chất xúc tác đẩy nhanh quá trình oxi hóa và kết tủa như: O2, H2O2, HClO, KMnO4.
- Các chất xúc tác đẩy nhanh quá trình lắng thường là các chất kết bông, chất keo tụ như: Nhôm sunfat, FeSO4, các khoáng vật tự nhiên, keo tụ hữu cơ …
b. Xử lý bằng sinh học
Các chất ô nhiễm trong nước thải mỏ có thể được xử lý bằng việc sử dụng các phản ứng sinh học. Giảm sunfat bằng sinh học đã được xem như một phương pháp để trung hòa nước thải mỏ có tính axit, đồng thời kết tủa kim loại ở dạng sunfit. Sử dụng vi khuẩn giảm sunfat để thay cho việc xử lý bằng hóa chất, các vi khuẩn oxi hóa các hợp chất hữu cơ sunfat chuyển thành sunfit. Công nghệ xử lý nước thải mỏ bằng sinh học đang ở giai đoạn thử nghiệm.
c. Công nghệ đầm lầy nhân tạo (Wetlands)
“Wetlands” là thuật ngữ chung chỉ vùng bao phủ lầy lội, đầm lầy, đồng cỏ ngập nước và đơn giản là khu đầm lầy. Đầm lầy tự nhiên có thể hấp thụ sắt và các ion kim loại khác ở trong nước, làm giàu limonic (hợp chất của hydroxit sắt 3) được dẫn chứng bằng việc tìm thấy ở các bãi lầy có chứa quặng sắt ở dạng khoáng limonic hoặc các bãi lầy chứa quặng Mn (Hammer và Bastian, 1989).
Sử dụng đầm lầy nhân tạo để xử lý nước thải mỏ được thể hiện qua nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác của đầm lầy tự nhiên với nước thải mỏ. Chất lượng nước sau khi đi ra khỏi đầm lầy được theo dõi cho thấy đã cải thiện một cách đáng kể với Fe, Mn, Ca, Mg, SO4 và tăng pH từ 2,5 ÷ 3,5 tới 4 ÷ 6. Qua đó cho thấy rằng, đầm lầy nhân tạo có thể phù hợp cho xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải mỏ. Mô phỏng đầm lầy tự nhiên để xây dựng đầm lầy nhân tạo, gồm hệ thống chứa đựng lớp nền bên dưới, bên trên là các thực vật nổi, thực vật chìm, cùng cộng đồng các sinh vật có thể sống trong hệ thống. Ngày nay, nhiều mỏ ở Mỹ và Anh đã sử dụng đầm lầy nhân tạo để xử lý nước thải mỏ có hiệu quả.
Hedin và nhiều tác giả khác đã chia đầm lầy nhân tạo thành hai loại:
- Hệ thống đầm lầy nhân tạo ưu khí: Hầu hết hệ thống đầm lầy nhân tạo ưu khí được xây dựng để xử lý nước thải mỏ than đều chứa typha latifolia, hoặc các thực vật nổi khác mọc trên lớp đất sét hoặc đất bùn.
- Hệ thống đầm lầy nhân tạo với chất nền hữu cơ (Hình 2.2): thường đơn giản là
Đầm lầy nhân tạo được xây dựng gồm một hoặc nhiều hố nông, hoặc các ngăn, mỗi ô có diện tích bề mặt nhỏ hơn 1 hecta. Kích thước và hình dạng của đầm lầy phụ thuộc vào vị trí địa hình, địa chất thủy văn và giá trị sử dụng đất.
- Thực vật trong đầm lầy: thường có ba hợp phần chủ yếu: Loại thích nghi với nước ở điều kiện yếm khí đã bão hòa và có khả năng chịu nồng độ ô nhiễm cao; Chất nền để nuôi dưỡng thực vật; Hoạt động vi khuẩn hiếu khí và yếm khí của tảo ô nhiễm. Loài nổi bật nhất tipha latifolia chiếm ưu thế nhất đầm lầy. Chúng được sử dụng nhiều trong đầm lầy nhân tạo của Mỹ nhờ có sức chịu đựng tốt với nước mỏ có pH thấp, hàm lượng sắt cao.
- Các chất nền: cung cấp vật chất nuôi dưỡng thực vật bên trong đầm lầy. Chúng bao gồm đất, cát và sỏi hoặc các khối kết hợp khác như tro bay từ việc đốt than và bùn đất nạo vét mỏ. Các chất nền đất hữu cơ và sét thường có hoạt động trao đổi ion cao hơn so với các loại vật liệu khác.
Theo Hedin (1994), nấm trộn được sử dụng rộng rãi làm chất nền hữu cơ cho đầm lầy nhân tạo. Các kiện cỏ khô, hay các bãi than bùn và một số loại phân bón cũng có thể được sử dụng.
Hình 2.2. Một Wetland nhân tạo điển hình để xử lý nước thải mỏ
Hình 2.2. Một Wetland nhân tạo điển hình để xử lý nước thải mỏ d. Công nghệ mương đá vôi yếm khí (ALD - Anoxic limestone drains, hình 2.3)
Mương đá vôi yếm khí (ALD) là loại mương mà trong lòng có chôn lớp đá vôi, được sử dụng để xử lý nước thải có tính axit. Nước thải được dẫn vào mương, pH và tính
Dòng vào
Chất nền Thực vật nổi
Đập Tầng kị khí
Tầng hiếm khí
Dòng ra
kiềm của nước thải tăng lên bởi phản ứng với đá vôi. Sử dụng đá vôi xử lý nước thải mỏ ở trong điều kiện hiếu khí, những viên đá vôi nhanh chóng bị bao bọc bởi những lớp sắt oxít và sắt hydroxit. Kiềm được cho thêm vào nước thải mỏ có tính axit cao làm cho pH tăng lên. Dòng nước thải từ mương yếm khí đưa ra môi trường có điều kiện hiếu khí sẽ xảy ra hiện tượng ôxi hóa kim loại, thủy phân và các phản ứng kết tủa.
ALD là phương pháp xử lý được dùng trước một hệ thống xử lý hiếu khí (wetland) để chuyển hóa kim loại từ dạng hòa tan. Hệ thống wetland hoạt động hiệu quả nhất khi pH của nước thải mỏ <6,0 và có chứa kiềm. Các phản ứng thủy phân tạo ra H+, sẽ làm giảm pH của nước mỏ trừ khi có lớp đệm bằng kiềm. Tốc độ oxy hóa sắt và các kim loại khác giảm mạnh ở pH thấp
Hình 2.3. Mặt cắt ngang của một ALD điển hình 2.2.2. Phương pháp ngăn chặn tiếp xúc nguồn ô nhiễm
Đây là phương pháp được áp dụng tại Mỏ Nguyên Bảo Sơn – Nội Mông – Trung Quốc. Xung quanh khai trường mỏ, người ta đã khoan 140 lỗ khoan, chủ động tháo khô hết nước ngầm trước khi khai thác than, do vậy đã ngăn chặn được sự ô nhiễm nước ngay từ thượng nguồn. Nước ngầm được cung cấp trực tiếp đến các hộ tiêu thụ (công nghiệp và tưới tiêu).