8 CH3COO + SO42 + 16 H+ 16 CO 2+ 16 H2O + HS-
2.3. Các phương pháp xử lý nước thải mỏ ở Việt Nam
Hiện nay, nước thải tại hầu hết các điểm xả nước thải của mỏ khai thác đều được đưa qua hố ga lắng trước khi xả ra ngoài. Tại Việt Nam, công nghệ xử lý nước thải mỏ đã được quan tâm xây dựng và áp dụng ở hầu hết các mỏ. Nước thải từ quá trình khai thác ở Việt Nam có thành phần rất đa dạng, tính chất và thành phần luôn biến động tùy thuộc vào từng điều kiện khai thác, diện khai thác và các mùa trong năm. Để xử lý nước thải trong ngành công nghiệp khai thác có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loại nước thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó.
Về nguyên tắc chung, các phương pháp xử lý nước thải mỏ tại Việt Nam hiện nay đều nhằm loại bỏ hàm lượng bùn cặn trong nước và điều chỉnh độ pH về mức thích hợp trước khi xả thải. Hàm lượng bùn cặn trong nước thải của quá trình khai thác đá chủ yếu là đất đá và bụi cùng một số kim loại nếu có như Fe, As, Mg.... Để loại bỏ bùn trong nước thải chủ yếu bằng phương pháp lắng thông thường. Như vậy, việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải chủ yếu tập trung vào việc tìm ra biện pháp loại bỏ kim loại nặng trong nước thải cho phù hợp với từng điều kiện cụ thể.
Dưới đây là các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải ngành khai thác than tại Việt Nam hiện nay.
2.3.1. Phương pháp oxi hóa – khử và kết tủa hóa học
Nguyên tắc:
- Phản ứng oxy hoá - khử: dùng tác nhân oxy hoá (Clo, Oxy, peoxyt, …) hoặc tác nhân khử (Na2SO3, FeSO4, …) để oxy hoá - khử các chất ô nhiễm thành dạng ít ô nhiễm hoặc không ô nhiễm.
- Phản ứng kết tủa hoá học: dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước thải với kim loại có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và tách ra bằng phương pháp
lắng thông thường. Đây là phương pháp xử lý nước thải mỏ được dùng phổ biến nhất tại Việt Nam hiện nay.
Hình 2-9: Sơ đồ xử lý nước thải bằng PP oxi hoá – khử và kết tủa hoá học
2.3.2. Phương pháp điện hóa
Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá – khử để tách các kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều đi qua. Trong đó, Anot không hoà tan làm bằng Grafit hoặc Chì oxit, Catot làm bằng molipđen hoặc hợp kim Vonfram - sắt – niken. Tại Catot, xảy ra quá trình khử (tức là quá trình nhận điện tử), kim loại bị khử để tạo thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực:
Mem+ + (m-n)e- → Men+, (m>n≥ 0)
(Trong đó: m, n là các số oxy hoá của kim loại Me).
2.3.3. Phương pháp hấp thụ
Nguyên tắc: Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển của các chất ô nhiễm (chất bị hấp phụ – các ion kim loại) đến bề mặt pha rắn (chất hấp phụ). Người ta thường dùng biện pháp hấp phụ sinh học, tức là dùng các vật liệu sinh học để tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải. Chẳng hạn như: Chitosan – một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa chitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác. Dung lượng hấp phụ đạt 241mgCr6+/g.
2.3.4. Phương pháp trao đổi ion
Nguyên tắc: Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và các ion trong pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi.
R – H + Ni → R – Ni + 2H R – OH- + Cl- → R – Cl- + OH
Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồi các kim loại quý hiếm. Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hoà, ta tiến hành tái sinh hoặc thay chúng.
2.3.5. Phương pháp sinh học
Nguyên tắc:Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật, vi sinh vật, vi khuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí... để tiêu hủy các kim loại nặng có trong nước thải. Các loại sinh vật này đã sử dụng kim loại nặng có trong nước thải như một nguồn dinh dưỡng cho chúng tồn tại và phát triển. Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loài sinh vật nào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất. Theo Becke.E.W, giới hạn cho phép để tiến hành khử kim loại nặng bằng tảo khá lớn, tới hàng chục mg/l và hiệu suất khử cũng rất cao > 80% đối với các kim loại như: Hg, Pb, Ni, Cr.... Tuy nhiên do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phân lập vi sinh vật còn nhiều hạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khó khăn.
Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đang được đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưng ứng dụng của chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháp trích ly bằng dung môi, bốc hơi hoàn nguyên, kết tủa hóa học và làm lạnh.
2.3.6. Một số phương pháp đang áp dụng tại các mỏ
2.3.6.1. Xử lý nước thải bằng hệ thống bể lắng (áp dụng tại khu -25,+30 và nhà sàng Mạo Khê)
Nước thải các nguồn được dẫn vào mương rồi đưa vào hồ thứ nhất, ở đây nước thải được giữ lại một khoảng thời gian nhất định, theo thời gian các hạt chất rắn nặng tự lắng xuống đáy hồ, lớp nước phía trên tiếp tục được đưa sang hồ thứ 2 qua đập tràn. Tại hồ thứ 2 các hạt lơ lửng tiếp tục lắng xuống. Cuối cùng nước trong chảy qua đập tràn vào mương thoát nước khu vực. Bố trí 1 máy bơm bùn để hút bùn từ đáy hồ, bùn được bơm lên sân phơi bùn, nước róc bùn lại dẫn vào mương nước tại đầu vào. Hệ thống này dùng để xử lý cho những khu vực nước không mang tính axit, nước bị ô nhiễm chủ yếu do cặn lơ lửng. Ưu việt của hệ thống chỉ là chi phí xây dựng, vận hành thấp, nhưng mang tính ổn định của chất lượng nước đầu ra chưa cao.
Hình 2-10: Xử lý nước thải bằng hệ thống bể lắng
2.3.6.2. Xử lý nước thải bằng đá vôi (áp dụng tại lò +200 Cánh Gà - Vàng Danh)
Hệ thống xử lý này là một hệ thống bể gồm nhiều ngăn, các ngăn chứa đầy đá vôi. Nước thải có tính axit khi đi qua lớp đá vôi sẽ xảy ra phản ứng để tạo Ca(HCO3)2 , Ca(OH)2 khử tính axít trong nước thải, đồng thời tạo môi trường để kết tủa Fe và Mn (Hình 2-11).
Sử dụng hệ thống cho những nơi có nước thải mang tính axít mạnh, hàm lượng sắt và mangan trong nước cao.Đây là hệ thống có chi phí xây dựng thấp, vật liệu xử lý rẻ, sẵn có. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý không cao, nguyên nhân là do các hạt đá vôi nhanh chóng bị mất tác dụng bởi lớp ngoài kết tủa bao bọc, mất hoạt hoá, nước có tính axít không tiếp xúc được với lớp phía trong.