2.2.1. Các giải pháp kiểm soát, quản lý nước thải các mỏ tại Nga
2.2.1.1. Giải pháp xử lý nước thải mỏ có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao
Xử lý nước thải mỏ bị ô nhiễm bởi hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể được thực hiện bằng phương pháp lắng, lọc với các thiết bị làm trong nước hoặc thiết bị lắng, có kết cấu khác nhau.
Giải pháp đơn giản nhất là lắng trong bằng các hồ lắng, có thể sử dụng liên hoàn 1, 2 hoặc nhiều tầng hồ, nước phải lưu lại trong đó 10 ngày đêm hoặc lâu hơn. Thể tích của hồ tầng đầu tiên được tính không nhỏ hơn 5 năm thể tích của bùn lắng. Tổng thể tích hồ lắng được tính theo chu kỳ xử lý bùn, không nhỏ hơn 10 năm. Hiệu suất xử lý nước thải trung bình đạt 80 – 95%. Được thể hiện trong hình 2-1.
Hình 2-1: Xử lý cặn rắn lơ lửng nước thải mỏ bằng hồ lắng 3 tầng
1 – Hồ tầng 1; 2 – Hồ tầng 2; 3 – Hồ tầng 3; 4 – Đập chắn; 5 – Thùng chứa nước clo.
Trong thực tế các giải pháp sử dụng kết hợp giữa chất keo tụ, lắng bằng bể lắng ngang, hoặc lắng đứng và sau đó được lọc áp lực cũng đã được áp dụng.
Xử lý nước thải mỏ có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao bằng bể lắng ngang có sử dụng chất keo tụ được thể hiện trong hình 2-2.
Hình 2-2: Sơ đồ lắng nước thải mỏ trong thiết bị lắng ngang, có sử dụng keo tụ
1 – Bể điều hoà, 2 – Bể lắng ngang, 3 – Bể chứa nước sạch, 4 – Thùng hoà tan chất đông tụ, 5 – Dung dịch chất đông tụ, 6 – Thùng hoà tan chất keo tụ, 7 – Dung dịch chất keo tụ, 8 – Thùng chứa nước Clo.
Xử lý nước thải mỏ có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao bằng bể lắng ngang có sử dụng chất keo tụ, sau khi lắng có sử dụng lọc áp lực được thể hiện trong hình 2-3.
Hình 2-3: Sơ đồ lắng nước thải mỏ trong thiết bị lắng đứng với các chất phụ gia và thiết bị lọc nhanh, công suất từ 25,50,75,100,150 m3/h
1 – Bể điều hoà; 2 – Hố nhận; 3 –Bể khuấy trộn; 4 – Hố nhận; 5 – Bể lắng đứng; 6 – Hố nhận; 7 – Phin lọc nhanh; 8 – Bể nước sạch; 9 – Thùng chứa dung dịch clo; 10 – Thùng dung dịch chất keo tụ; 11 – Thùng hoà tan chất keo tụ; 12 – Máy thổi khí; 13 – Thùng hoà tan chất đông tụ; 14 – Thùng dung dịch chất đông tụ; 15 – Hố nhận; 16 – Mặt bằng tách nước bùn; 17 – Hố nhận nước róc bùn, bơm tuần hoàn.
2.2.1.2. Xử lý nước thải mỏ có tính axit
Xử lý nước thải mỏ có tính axit là loại bỏ trong nước các tạp chất khoáng chứa muối và ion các kim loại nặng, đồng thời nâng cao độ pH đến giá trị cho phép, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.
Trong thực tế, bùn thu được từ quá trình xử lý có tính kiềm cao vì vậy có thể được tuần hoàn để xử lý nhằm giảm tiêu hao sữa vôi, thúc đẩy quá trình làm trong nước và tăng khả năng nén cặn bùn. Được thể hiện trong hình 2-4.
Hình 2-4: Sơ đồ công nghệ xử lý nước axit bằng trung hoà sữa vôi theo kết hợp keo tụ và lắng
1 – Bể khuấy trộn 2 ngăn; 2 – Thùng hoà trộn nước thải với hóa chất; 3 – Bể lắng; 4 – Bề chứa; 5 – Bể nén bùn; 6 – Thiết bị điều tiết phân chia bùn theo đĩa lọc chân không; 7 – Phin lọc chân không; 8 – Thiết bị hút ẩm; 9 – Bơm chân không; 10 – Bể tiếp nhận cặn lọc; 11 – Máy thổi khí; 12 – Bunke chứa vôi cục; 13 – Máy nghiền bi và tôi vôi; 14 – Máy phân cấp hạt; 15 – Bể trung gian; 16 – Bể định lượng sữa vôi 5%; 17 – Thùng khuấy trộn, hoà tan keo tụ; 18 – Thùng định lượng keo tụ; 19 – Thùng chứa axit HCl 30%; 20 – Thùng định lượng và chuẩn axit đến 10%;
2.2.2. Các giải pháp kiểm soát, quản lý nước thải các mỏ tại Mỹ
Các giải pháp xử lý nước thải mỏ tại Mỹ có thể được phân thành hai loại: các giải pháp chủ động và các giải pháp bị động.
2.2.2.1. Các giải pháp chủ động
Trong giải pháp chủ động gồm 2 hướng: hướng xử lý bằng hóa học và hướng xử lý bằng sinh học.
a. Hướng xử lý nước thải mỏ bằng hóa học
Đặc tính chung của nước thải ngành khai thác là có tính axit mạnh, hàm lượng ion Fe, Mn ở dạng hòa tan cao. Các hoá chất có tính kiềm được sử dụng để trung hòa và loại bỏ 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 một hệ thống xử lý nước thải mỏ. Trong quá trình xử lý nước thải mỏ thường có 5 bước chính như sau:
- Điều hòa, 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 của các hydroxit kim loại và các chất rắn lơ lửng khác; - Loại bỏ bùn cặn;
Theo Wildeman và những người khác (1994), đã đưa ra quá trình chung cho xử lý nước thải mỏ có tính axít bằng kiềm và oxi hóa sắt (Hình 2-5).
Dòng chảy được điều hòa bằng một hệ thống hồ, tại đây nước thải được tạo thành hỗn hợp nước có tính chất tương đối đồng nhất. Vôi thường được sử dụng để trung hòa, cả ở dạng vôi nung và vôi tôi (sữa vôi). Quá trình nạp hóa chất xử lý có thể được điều chỉnh tự động bởi điện cực pH trong nước và sẽ xác định khối lượng chất phản ứng thêm vào. Ngay sau khi thêm vôi vào nước chuyển thành màu ngọc lam bởi vì sự có mặt của hợp chất FeSO4. Qua bước khuấy trộn, oxi hóa sẽ chuyển ion Fe (II) dạng tan thành Fe (III) và nước nhanh chóng xuất hiện màu đỏ đất son. Fe (III) bắt đầu lắng ở dạng hydroxit sắt từ pH = 4,0 và kết tủa lớn nhất tại pH = 8,0. Mức độ oxi hóa phụ thuộc vào hàm lượng oxy. Vì vậy, việc khuấy trộn, sục khí được sử dụng làm tăng tốc độ ôxi hóa dẫn tới tăng tốc độ kết tủa. Hydroxit sắt và các chất lơ lửng khác được lắng xuống bởi hệ thống hồ lắng. Mangan cũng sẽ kết tủa nếu pH đủ cao (pH 9,0 ÷ 9,5). Đồng thời, trong hệ thống xảy ra hiện tượng kết tủa CaSO4 (nhưng không đáng kể) do có sự quay lại của ion Ca2+ và SO42- thành dạng hòa tan. Điều kiện lắng lý tưởng là các hồ chứa đủ lớn để lưu nước thải trong hồ càng lâu càng tốt. Tuy nhiên cũng cần thiết nạo vét hồ một cách định kỳ. Nước thải sau khi qua hồ lắng có thể thải trực tiếp vào hệ thống sông suối trong khu vực. Nước thải mỏ có thể coi như đã được làm sạch về độ axit, hàm lượng Fe, Mn, cặn lơ lửng nhưng hàm lượng Ca2+ trong nước lại cao.
Hình 2-5: Quá trình xử lý nước thải mỏ có tính axit bằng kiềm và oxi hóa sắt
Bảng 2-1: Hiệu quả phản ứng trung hòa của một số hóa chất T T Tên thông Tên hóa học C ông C huyển T rung Giá 1996 (3) SV: Trần Thị Bảo Thoa 41 Lớp: KTMT K57
thường thức đổi hòa H ệ số (1) H iệu quả (2) USD/tấn hoặc Gallon B án sỉ B án lẻ 1 Đá vôi Canxic acbonat C aCO3 1 3 0% 1 0 1 5 2 Sữa
vôi ydroxitCanxih a(OH)2C
0
,74 0% 9 0 6 0 1
3 Vôi
nung xit Canxio aO C ,56 0 0% 9 0 8 40 2
4 Natric
acbonat cbonatNatrica a2CO3 N
1
,06 0% 6 00 2 20 3
5 Xút
(khô) droxit Natrihy aOH N ,8 0 00%1 80 6 80 8
6 Dung dịch Xút 20% dịch Dung Natrihydroxit N aOH 7 84 1 00% 0, 46 0 ,60 7 Dung dịch Xút 20% Dung dịch Natrihydroxit N aOH 56 2 00%1 10 1. ,25 1 8 Amon iac Amoni ac N H3 0 ,34 1 00% 3 00 6 80
(1) Hệ số chuyển đổi được nhân với lượng axit (tấn/năm) để xác định lượng hóa chất cần trung hòa (tấn/năm). Với dạng lỏng, hệ số chuyển đổi đưa ra đơn vị là gallon cần để trung hoà;
(2) Hiệu suất trung hòa đánh giá hiệu quả tương quan của hóa chất dùng để trung hòa axit nước thải mỏ. Ví dụ: Nếu để trung hòa 100 tấn axit/năm thì lượng sữa vôi cần dùng là: 100 × (0,74 / 0,90) = 82 tấn;
(3) Giá của hóa chất phụ thuộc vào khối lượng hàng phân phối: Giá lẻ là giá mua với lượng ít, giá sỉ là giá mua với lượng nhiều. Dạng lỏng giá tính cho gallon, dạng khác tính cho tấn.
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. Trong đó có các hóa chất đẩy nhanh quá trình oxi hóa, kết tủa và các hóa chất đẩy nhanh quá trình lắng.
Khi oxi hóa ở mức cao các kim loại như Fe, Mn sẽ kết tủa ở pH trung hòa (pH = 7 ÷ 8), khi pH = 9 ÷ 12 oxi hóa xảy ra ở mức thấp (theo Skousen và những người khác, 1993). Biện pháp đơn giản nhất có thể cải thiện được phản ứng oxi hóa là sục khí (khuấy trộn), tức là đưa nhiều oxi vào trong nước. Quá trình sục khí (khuấy trộn) tạo điều kiện kết tủa các hydroxit kim loại và đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng các chất oxi hóa khác. Oxy là một chất có tiềm năng oxi hóa, sử dụng đơn giản bằng cách sục khí trong nước. Tuy nhiên, các hợp chất oxi hóa như: H2O2 (peroxit) hoặc HClO (hypoclorit) thường được dùng phổ biến hơn. Các hợp chất trên có khả năng oxi hóa rất mạnh (Skousen, 1993). Ngoài ra, KMnO4 (kalipemanganat) cũng là chất oxi hóa được sử dụng ở nhiều nơi.
* Các chất keo tụ và kết bông
Nhôm sunfat là một chất kết bông thường được sử dụng trong xử lý nước thải (Skousen, 1993). Nó phản ứng với kiềm trong nước thành cụm xốp nhôm hyđrôxít (các khối hạt) mà tác dụng kết tủa các kim loại khác. FeSO4 cũng phản ứng với kiềm, nhưng phản ứng chậm hơn nhôm sunfat. Có thể dùng Fe2(SO4)3 sẽ tăng khả năng lắng nhanh hơn. Do chất này hoạt động ở khoảng pH rộng hơn so với FeSO4.
Đối với nguồn thải có lưu lượng nhỏ và tính axit thấp, hệ thống dùng NaOH là rẻ nhất mặc dù có giá hóa chất cao nhất. Tiếp theo là hệ thống dùng Amoniac, mặc dù có giá cao về thiết bị và nhân công, nhưng bù lại giá cả của chất phản ứng lại khá thấp. Hệ thống rẻ thứ 3 là dùng Natricacbonat có giá cả của chất phản ứng và giá của nhân công cao. Ngược lại, sữa vôi có chi phí hoá chất rẻ nhất, nhưng lại là sự lựa chọn đắt nhất bởi vì chi phí cho hoạt động và thiết bị rất cao.
Đối với nguồn nước thải có lưu lượng và hàm lượng axit trung bình thì lựa chọn dùng Amoniac là kinh tế nhất tiếp đến là dùng sữa vôi.
Đối với nguồn nước thải có lưu lượng lớn, hàm lượng axít cao thì hệ thống dùng sữa vôi là hợp lý nhất.
b. Hướng 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 là 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 (Dill và những người khác, 1994).