Để đảm bảo xử lý triệt để chất thải trong nguồn nƣớc thải từ mỏ đạt tiêu chuẩn quy định trƣớc khi thải ra môi trƣờng, cần bổ sung thêm phần xử lý nƣớc thải chứa dầu mỡ khoáng. Loại nƣớc thải này phát sinh chủ yếu từ nƣớc mƣa chảy tràn qua phân xƣởng sửa chữa bảo dƣỡng, kho xăng dầu và nƣớc rửa trang thiết bị, máy móc, ô tô. Lƣợng dầu mỡ khoáng này làm ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng cụ thể: đối với nguồn nƣớc mặt thì tạo màng bề mặt, làm giảm lƣợng oxy trong nƣớc dẫn đến chết các loài thủy sinh; làm ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm; tích tụ trong đất gây ô nhiễm đất; tích lũy trong lớp trầm tích, đáy sông làm chết các sinh vật đáy. Vì vậy, nƣớc thải nhiễm dầu mỡ khoáng cần đƣợc xử lý đạt tiêu chuẩn môi trƣờng (QCVN40:2011/BTNMT) trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
Tại mỏ than Cao Sơn, ƣớc tính lƣợng nƣớc từ mỗi khu vực bố trí phân xƣởng cơ khí, trạm rửa xe và nƣớc mƣa chảy tràn từ 16÷20 m3/ngàyđêm. Lƣu lƣợng nƣớc này phân bổ không đều, có sự thay đổi theo ngày, mùa trong năm. Lƣợng nƣớc thải này đƣợc xử lý tách dầu mỡ khoáng theo trình tự nhƣ trong hình 3.1.
Nƣớc thải đƣợc thu gom theo hệ thống mƣơng rãnh quanh các nhà xƣởng, tập trung về trạm xử lý tại mỗi khu vực. Tại đây, nƣớc thải đƣợc xử lý sơ bộ bằng hệ thống song chắn rác để loại bỏ rác thải có kích thƣớc lớn nhƣ lá cây, rẻ lau, đất đá,… và đƣợc thu gom thƣờng xuyên khơi thông dòng chảy. Sau đó, dòng nƣớc thải tiếp tục đƣợc đƣa sang bể lắng cát ngang (Hình 3.2).
Nƣớc từ trạm rửa xe, phân xƣởng cơ khí
Trạm xử lý nƣớc thải Bể lắng cát
ngang Bể tuyển nổi
Song chắn rác
Nƣớc đầu ra
Đốt hoặc chôn lấp
Khu lƣu giữ
CTNH Bể chứa dầu thải Rác thải Bùn lắng Váng dầu Bọt dầu Bùn lắng Tiếp tục xử lý
79
Tại bể lắng cát ngang, nƣớc thải tiếp tục đƣợc xử lý sơ bộ có thể lắng các hạt rắn lơ lửng, hạt dầu mỡ khoáng cỡ từ 0,2÷0,25mm. Kích thƣớc bể lắng lựa chọn với chiều sâu bể 1,5m, chiều dài 12m, chiều rộng 3m, độ dốc đáy bể 1%, vận tốc chuyển động của dòng nƣớc không quá 0,3m/s. Qua quá trình xử lý sơ bộ có thể đạt đến hiệu suất 60%, nhƣ đã áp dụng tại mỏ than Cọc Sáu.
Hình 3.2. Bể lắng cát ngang
Sau khi xử lý sơ bộ, nƣớc thải đƣợc đƣa qua hệ thống tuyển nổi nhƣ trong hình 3.3 để tách triệt để lƣợng dầu mỡ còn lại. Tại hệ thống này áp dụng phƣơng pháp tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa tan ra khỏi pha lỏng dựa trên nguyên tắc: các phẩn tử phân tán trong nƣớc có khả năng tự lắng kém, nhƣng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nƣớc. Sau đó, tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nƣớc. Thực chất đấy là quá trình tách bọt hay đặc bọt. Ngoài ra, quá trình này còn để tách các chất hòa tan nhƣ các chất hoạt động bề mặt. Bể tuyển nổi dầu mỡ khoáng có hệ thống bơm thổi không khí từ dƣới đáy bể tạo các bọt nhỏ. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên mặt nƣớc. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều hạt bẩn. Nhờ hệ thống bơm điều áp hòa trộn không khí và nƣớc có thẻ tạo các bong bóng khí có kích thƣớc từ 15÷30µm, đem lại hiệu quả tách các hạt tạp chất kích thƣớc từ 0,2÷1,5µm.
Sau đó hỗn hợp không khí và nƣớc này đƣợc đƣa vào bình điều áp. Khi nƣớc thải đi vào bể tuyển nổi, đồng thời khi đó không khí từ bình khí nén sẽ sục trực tiếp không
80
khí vào dòng nƣớc thải, các bọt khí sẽ bám lấy các giọt dầu. Làm cho khối lƣợng riêng của tập hợp các bọt khí và những giọt dầu nhỏ hơn khối lƣợng riêng của nƣớc, những giọt dầu sẽ theo bọt khí nổi lên trên bề mặt bể ở dạng bọt. Bên trong bể có thiết bị khuấy tĩnh nhằm tăng cƣờng khả năng bám dính của bọt khí. Bọt nổi lên sẽ đƣợc thiết bị vớt bọt thu hồi và đƣa vào máng thu bọt và đƣa về bể chứa dầu bẩn. Còn nƣớc sau tuyển nổi chảy vào hệ thống mƣơng thoát nƣớc thải chung của mỏ.
Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống tuyển nổi 3.1.2. Kiểm soát nƣớc thải từ khu vực lƣu giữ đất đá thải
Đặc trƣng nƣớc thải rò rỉ từ các bãi đất đá thải của mỏ là có tính axit và chứa hàm lƣợng kim loại nặng (Fe, Mn, As,…) cao. Là do trong thành phần đất đá thải và quặng đuôi của các mỏ than nói chung, mỏ Cao Sơn nói riêng luôn tồn tại các khoáng Sulfua nhƣ: pyrit - FeS2, sphalerit - ZnS,v.v. Các khoáng Sulfua này khi tiếp xúc với không khí ngoài trời và không khí trong lỗ rỗng của đất đá kết hợp với lƣợng nƣớc mƣa ngấm xuống bãi thải hàng năm hình thành nƣớc axit mỏ chứa trong các bãi thải. Nguyên nhân hình thành nƣớc axit mỏ do các khoáng Sulfua bị oxy hóa tạo ra axit sufuric nhƣ theo các phản ứng hóa học sau:
81
2 FeSO4 + H2SO4 + ⁄ O2 → Fe2(SO4)3 + H2O
FeS2 + Fe2(SO4)3 + 2 H2O + 3 O2 → 3 FeSO4 + 2 H2SO4
ZnS + Fe2(SO4)3 + H2O + ⁄ O2 → ZnSO4 + 2 FeSO4 + H2SO4
Nƣớc axit mỏ trong bãi thải rò rỉ ra ngoài môi trƣờng với lƣợng lớn sẽ hình thành dòng thải axit gây ô nhiễm và nhiễm độc nguồn tiếp nhận, hủy hoại môi trƣờng sống của nhiều loài thủy sinh và trên cạn. Dẫn đến tình trạng khan hiếm nƣớc sạch, thiếu nƣớc sinh hoạt cho công nhân mỏ và ăn mòn hệ thống bơm tiêu thoát nƣớc thải mỏ.
Biện pháp xử lý loại nƣớc thải axit này là trung hòa bằng sữa vôi, đá vôi, hay tro bay (thành phần chính gồm: SiO2, Al2O3, Fe2O3) từ các nhà máy nhiệt điện đốt than trên địa bàn tại trạm xử lý nƣớc thải của mỏ. Tại các khu vực thải xa trạm xử lý, nƣớc rò rỉ sẽ đƣợc tập trung vào các vùng đất ngập nƣớc (Wetland) có trồng các loại cây sau: cỏ Nến (Typpa), Chuối Hoa (Canna), Thủy Trúc (Cyperus alternifolius), cỏ Voi (Elephant grass), cỏ Vetiver và các chủng vi sinh để trung hòa axit, ngoài ra còn có thể cố định các kim loại nặng (mà tại trạm xử lý nƣớc thải mỏ chƣa làm đƣợc) trƣớc khi thải ra hệ thống sông, suối rồi chảy vào vịnh Bái Tử Long. Đây là các phƣơng pháp rất phù hợp với mỏ khai thác lộ thiên lớn nhƣ mỏ Cao Sơn vì diện tích vùng đất ngập nƣớc không bị hạn chế, chi phí cây trồng và chăm sóc thấp, tạo thêm cảnh quan môi trƣờng đẹp (Hình 3.4 phần phụ lục).
Bên cạnh đó, cần áp dụng biện pháp ngăn ngừa sự hình thành nƣớc axit mỏ bằng cách phủ lên bề mặt bãi thải đã dừng đổ thải các lớp vật liệu cách ly nhằm hạn chế cho đất đá thải tiếp xúc với không khí (O2) và nƣớc mƣa nhƣ hình 3.5 và 3.6. Đất phủ có thể lấy một phần từ việc bóc đất phủ trong quá trình khai thác và một phần khác mua với giá thấp loại đất bóc tại các mỏ sét trên địa bàn.
82
Hình 3.5. Trƣờng hợp phủ lớp đất sét có chiều dày 1m đƣợc lèn chặt
Hình 3.6. Trƣờng hợp phủ lớp đất đá thải không có khả năng hình thành nƣớc axit có chiều dày 2m đƣợc lèn chặt
3.2. Xây dựng mô hình bãi thải thân thiện với môi trƣờng
Trong thời gian tới mỏ than Cao Sơn tiếp tục mở rộng khai thác xuống sâu sẽ phát sinh một lƣợng đất đá thải lớn (bảng 2.16), nên nhu cầu đổ thải tại các bãi thải mới càng cấp thiết. Bên cạnh những bãi thải vì nhiều nguyên nhân sẽ ngừng đổ thải thì mỏ cũng tiến hành đổ thải tại các bãi thải mới trong quy hoạch với dung tích lớn và thời gian đổ thải dài. Vì vậy việc thiết kế đổ thải cho bãi thải mới và cải tạo phục hồi môi trƣờng cho các bãi thải tiến tới dừng đổ thải cần phải đƣợc thực hiện sớm.
83
Lựa chọn áp dụng thử nghiệm cho khu vực đổ thải bãi thải Bắc Bàng Nâu và bãi thải Khe Chàm III (Hình 2.1 phần phụ lục). Trong đó bãi thải Bắc Bàng Nâu là bãi thải mới trong quy hoạch đổ thải và của mỏ Cao Sơn. Khối lƣợng đổ thải của mỏ Cao Sơn tại bãi thải này là 673,5 triệu m3, bắt đầu đổ thải từ năm 2013 và áp dụng công nghệ đổ thải tầng thấp kết hợp băng tải, ô tô và xe gạt. Còn bãi thải Khe Chàm III sẽ dừng đổ thải năm 2011 và đƣợc cải tạo để làm nền đƣờng ra bãi thải Bắc Bàng Nâu.
Thành phần đất đá thải của mỏ chủ yếu là sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết, than, đá xít và đất phủ. Sau khi nổ mìn các khối đá trở thành các cục có kích thƣớc nhỏ từ 050mm, chiếm khoảng 10%, cỡ hạt 5080mm chiếm khoảng 80%, còn lại là các cục có kích thƣớc >80mm. Cỡ hạt đƣợc phân bổ dần theo chiều cao của mái dốc: phía trên là cỡ hạt nhỏ, ở chân tầng là cỡ hạt lớn; trong mùa mƣa mái dốc bị bào mòn cuốn trôi theo các dòng chảy tập trung từ mặt bãi thải xuống sƣờn dốc gây sự trôi lở đất đá, bùn, làm bồi lấp ảnh hƣởng đến việc thoát nƣớc và gây ô nhiễm hệ thống sông suối trong vùng.
3.2.1. Ổn định bãi thải
Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ ổn định của bãi thải bao gồm: Tỷ lệ phần trăm thành phần thạch học trong đất đá thải; sức chống cắt của đất đá thải; tính chất bền của đất đá nền bãi thải (đặc trƣng chống cắt tại mặt tiếp xúc bãi thải – nền hoặc mặt tiếp xúc trong đất đá nền bãi thải); góc trƣợt tự nhiên của đất đá thải; công nghệ thành tạo bãi thải.
Nguyên nhân gây trƣợt chủ yếu là do sự không phù hợp giữa các thông số của bãi thải và khả năng mang tải của đất đá thải và đất đá nền bãi thải. Theo vị trí biên giới phía dƣới của mặt trƣợt mà phân loại ra 3 kiểu trƣợt bao gồm: Trƣợt tại chân bãi thải (hình 3.7); trƣợt tiếp xúc (hình 3.8); trƣợt ngoài chân bãi thải (hình 3.9).
Trong đó:
φi: Giá trị tính toán góc ma sát trong của bloc đất đá thải thứ i, độ. Ci: Giá trị tính toán lực dính kết, MPa.
84
H90: Chiều cao dựng đứng, , m.
b: Chiều rộng đới phá hủy, ( (
) ) ( ) , m. β: Góc dốc các lớp đất đá, độ. α: Góc dốc sƣờn bãi thải, độ. θ: Góc trƣợt tại chân trƣợt, , độ. θ”: Góc trƣợt tại điểm gấp khúc, ( ) , độ. φ’: Góc ma sát trong theo lớp của nền bãi thải, độ.
ω: Góc biến dạng ngang, , độ. ε: Góc biến dạng đứng, , độ.
Hình 3.7. Mặt trƣợt hình thành trong trƣờng hợp trƣợt tại chân bãi thải
85
Hình 3.9. Mặt trƣợt hình thành trong trƣờng hợp đổ thải đất đá trên nền phân lớp nghiêng
Tính toán ổn định bãi thải đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp đa giác lực, đây là phƣơng pháp có độ chính xác cao. Cơ sở của phƣơng pháp này là dựa trên hệ số dự trữ ổn định cho trƣớc (Bảng 3.1) để tính toán kiểm tra mức độ ổn định có đạt hay không. Phƣơng pháp này có tính đến các điều kiện địa chất, địa mạo cụ thể và sự tác động qua lại về lực giữa các bloc liền kề nhau. Nội dung và các cơ sở của phƣơng pháp đƣợc trình bày cụ thể trong tài liệu [24] từ trang 108÷110 và tài liệu [4] từ trang 561÷584.
Trong phƣơng pháp tính toán này có những sai số nhất định bao gồm: Sai số do các phép tính; sai số khi xác định các đặc trƣng tính toán cơ bản về lực chống cắt hỗn hợp của đất đá thải; sự thay đổi các đặc trƣng này theo thời gian dƣới ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau; sai số khi xác định trọng lƣợng thể tích đất đá thải, cấu tạo nên lăng trụ có thể trƣợt; sai số do các yếu tố khác. Để khắc phục những sai số này thì việc xác định độ ổn định bãi thải cần tính đến hệ số trữ ổn định đã cho.
Bảng 3.1. Giá trị của hệ số dự trữ ổn định
TT Đất đá thải Loại bãi thải Nền bãi thải Hệ số dự trữ
1 Cứng và cứng vừa Ngoài Bền 1,05 Trong Phân lớp 1,05÷1,1 2 Đá cát và sét tơi Ngoài Bền Phân lớp 1,1 1,1÷1,2 Trong Bền Phân lớp 1,1÷1,15 1,2
86 3 Đá sét yếu Ngoài Bền Yếu, phân lớp 1,2 1,2÷1,3 Trong Bền Phân lớp 1,2 1,2÷1,3 Bãi thải của mỏ than Cao Sơn đƣợc hình thành từ khi đổ thải trên các sƣờn đồi dốc, phân lớp nghiêng, sau đó tạo các phân tầng thải, mặt tầng thải của tầng dƣới sẽ làm nền cho tầng trên. Nên việc tính toán ổn định dựa vào điều kiện đổ thải đất đá cứng, yếu trên nền cứng phân lớp nghiêng và trên nền yếu. Lúc này quá trình hình thành mặt trƣợt phụ thuộc vào quan hệ tính chất vật lý của đất đá thải, góc dốc tiếp xúc hoặc các lớp, chỉ tiêu chống cắt và độ bền của nền bãi thải.
3.2.2. Thông số bãi thải
Việc lựa chọn bộ thông số cho bãi thải dựa trên tiêu chí đảm bảo độ ổn định bãi thải, đáp ứng các yếu tố an toàn trong hoạt động sản xuất tại khu vực thải khi bãi thải còn hoạt động và không ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng, cũng nhƣ công tác cải tạo, phục hồi khi bãi thải dừng hoạt động. Thông số lựa chọn cho bãi thải của mỏ Cao Sơn khi dừng đổ thải thể hiện trên hình 3.10 và bảng 3.2.
Khi đổ thải, cần tuân thủ đúng lịch đổ thải, quy trình chất tải từ dƣới lên. Đổ thải theo phân tầng thấp, với các tầng thải quá cao trƣớc đây đề xuất tiến hành cắt tầng để đảm bảo chiều cao tầng thải ≤30m và góc dốc sƣờn tầng thải ≤35o. Mặt tầng công tác bố trí hệ thống đê bao an toàn trên phạm vi toàn bộ chu vi của bãi thải với chiều cao 0,75m, chiều rộng mặt đê 0,5 và đáp ứng diện tích cho xe ôtô trọng tải lớn (96 tấn) vào đổ thải với bán kính vòng tối thiểu của bãi thải phải lớn hơn hoặc bằng bán kính vòng cho phép theo quy phạm an toàn của ôtô. Duy trì tốc độ bề mặt của bãi thải để thoát nƣớc tốt, tránh lầy lội, sụt lún gây nguy hiểm cho ngƣời và thiết bị. Hƣớng các dòng chảy mặt chảy vào trong các chân tầng thải, kết thúc hết giới hạn tầng thải cần có các biện pháp lu lèn tạo lớp phủ bề mặt, cố định bãi thải, tiến hành cải tạo, phục hồi cảnh quan môi trƣờng.
87
Hình 3.10. Bố trí các công trình phụ trợ và thông số bãi thải
Trong đó: 1: Đê bao an toàn; 2: Tƣờng chắn chân bãi thải; 3: rãnh thoát nƣớc chân bãi thải; Bkt: Chiều rộng mặt tầng kết thúc đổ thải; H: Chiều cao tầng thải; α: Góc dốc sƣờn bãi thải.
Bảng 3.2. Thông số bãi thải khi dừng hoạt động
TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị lựa chọn
1 Chiều cao tầng thải H m 25÷30
2 Góc dốc sƣờn bãi thải α độ 30÷35
3 Độ dốc mặt tầng thải i ‰ 5
4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc Bkt m 30÷50
3.2.3. Xây dựng hệ thống thoát nƣớc và tƣờng chắn chân bãi thải
Hiện nay, mỏ Cao Sơn đổ thải tại 7 khu vực thải lớn nhỏ, trong đó có cả bãi thải trong và bãi thải ngoài. Bãi thải ngoài Khe Chàm III có diện tích gần 57ha dừng đổ thải năm 2011, đổ thải để san nền và làm đƣờng ra bãi thải ngoài Bắc Bàng Nâu. Bãi thải ngoài Bắc Bàng Nâu có phần diện tích đổ thải của mỏ Cao Sơn là gần 274ha, đang trong giai đoạn san nền, chuẩn bị mặt bằng đổ thải. Đây là bãi thải có quy mô lớn, tải lƣợng lên đến hàng trăm triệu m3 đất đá thải. Cần thiết phải có những biện pháp đảm bảo an toàn trƣợt lở, giữ gìn cảnh quan, an toàn lao động và tính hiệu quả kinh tế. Đối với các bãi thải đã và đang hoạt động thì áp dụng những