nước thải mỏ
Trong cỏc khõu cụng nghệ sản xuất chế biến than, chỉ khõu tuyển than là đạt tỷ lệ 100% cỏc nhà mỏy tuyển cú hệ thống xử lý nước thải, cỏc mỏ lộ thiờn cú tỷ lệ hệ thống xử lý nước thải thấp nhất. Ở Việt Nam, tỷ lệ ỏp dụng cụng nghệ xử lý nước thải được trỡnh bày ở bảng 2.5:
Bảng 2.5 – Tỷ lệ ỏp dụng cụng nghệ xử lý nước thải trong Tập đoàn Cụng nghiệp Than Khoỏng sản Việt Nam tớnh đến năm 2005
Khõu cụng nghệ Số hệ thống xử lý đó ỏp dụng (2005) Số nguồn thải (2005) Tỷ lệ ỏp dụng Khai thỏc lộ thiờn 2 24 8,3% Khai thỏc hầm lũ 3 22 13,6% Tuyển than 3 3 100% Toàn tập đoàn 8 49 16,3%
57
Qua bảng 2.5 cho thấy, tuy đó đầu tư 8 hệ thống xử lý nước thải nhưng số hệ thống đem lại hiệu quả chưa cao. Hiện trạng hoạt động của hệ thống xử lý nước thải ngành than được trỡnh bày trong bảng 2.6:
Bảng 2.6 – Hiện trạng hoạt động của cỏc hệ thống xử lý nước thải trong ngành than Việt Nam tớnh đến năm 2005
Loại hỡnh sản xuất Số hệ thống xử lý đó xõy dựng đến năm 2005 Hiện trạng hoạt động Khai thỏc than lộ thiờn 2
- 01 hệ thống đang hoạt động, quỏ trỡnh hoạt động cần được cải tiến thờm (mỏ Na Dương)
- 01 hệ thống đó ngừng hoạt động, do dự ỏn khai thỏc bị ngừng (khu 1A Mạo Khờ) Khai thỏc than hầm lũ 3
- 01 hệ thống hoạt động khụng hiệu quả (+200 Vàng Danh)
- 01 hệ thống hoạt động bỡnh thường, đem lại hiệu quả nhưng khụng cao (hiệu suất xử lý>50%) (hệ thống xử lý nước thải hầm lũ Mạo Khờ)
- 01 hệ thống được đầu tư xõy dựng nhưng vận hành chưa liờn tục, chưa đỏnh giỏ được hiệu quả (hệ thống -51 Hà Lầm)
Tuyển than 3
- 01 hoạt động hiệu quả bỡnh thường (Vàng Danh) - 01 hệ thống hoạt động kộm hiệu quả (TT Hũn Gai) - 01 hệ thống hoạt động rất hiệu quả (TT Cửa ễng)
(Nguồn: Số liệu quan trắc khu vực dự ỏn do Cụng ty VITE thực hiện)
Hiện nay, chỉ cú hệ thống xử lý nước thải của nhà mỏy tuyển than Cửa ễng là vận hành hiệu quả và hầu như chưa cần phải điều chỉnh gỡ, cũn cỏc hệ thống xử lý nước thải khỏc cũn cần được cải tiến, chỉnh sửa.
Cỏc cụng nghệ đó được ỏp dụng xử lý nước thải trong than Việt Nam cho đến nay chủ yếu là dựa trờn phương phỏp vật lý, phương phỏp hoỏ hoỏ học. Trong khi cỏc nước tiờn tiến trờn thế giới như Mỹ, Anh, Úc, Ba Lan đó sử dụng rất phổ biến cụng nghệ Wetlands (hệ thống đất ngập nước), ALD (mương đỏ vụi yếm khớ) để xử lý nước thải rất cú hiệu quả và cú giỏ thành xử lý rẻ phự hợp với khai thỏc than.
58
Như vậy cỏc giải phỏp về khụi phục mụi trường tại Việt nam vẫn cũn nhiều tồn tại khú khăn. Cỏc giải phỏp kỹ thuật mụi trường đang ỏp dụng vẫn mang tớnh chất thử nghiệm, chưa được đỳc rỳt tổng kết để ỏp dụng rộng rói. Đõy cũng là một lĩnh vực mới mẻ của ngành than trong cụng tỏc bảo vệ mụi trường nờn kinh nghiệm chưa nhiều, cỏn bộ phần lớn là kiờm nhiệm do vậy cũng gõy ra những khú khăn trong cụng tỏc quản lý. Do đú, việc khắc phục những khú khăn, tồn tại để tỡm ra những giải phỏp phự hợp trong cụng tỏc khụi phục mụi trường là hết sức cần thiết.
59
CHƯƠNG 3.
LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CễNG NGHỆ XỬ Lí NƯỚC THẢI 3.1.Cơ sở lựa chọn dõy chuyền cụng nghệ
Kết quả tớnh toỏn lượng nước ngầm chảy vào mỏ ở mức -10 và -50 được trỡnh bày trong bảng 3.1 dưới đõy (kết quả đó tớnh đến 20% lượng nước của tầng trờn thấm xuống).
Bảng 3.1 - Tổng lượng nước chảy vào mỏ
TT Tầng khai thỏc Diện tớch (m2) Qmin (m3/h) Qmax (m3/h) QTB (m3/h) 1 Từ địa hỡnh ữ -10 107.206 24 96 57 2 Từ mức -10 ữ -50 155.150 30 89 59
Lưu lượng nước thải mỏ = (96 + 89) ì 24 h = 4440 (m3/ng.đ)
Như vậy, để phự hợp cho tớnh toỏn thiết kế hệ thống, tỏc giả tiến hành xõy dựng hệ thống xử lý nước thải mỏ than với lưu lượng 4.500 m3/ng.đ.
3.1.1. Cơ sở phỏp lý
- QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cụng nghiệp.
-TCXDVN 51:2008 – Thoỏt nước, mạng lưới và cụng trỡnh bờn ngoài tiờu chuẩn thiết kế.
3.1.2. Cơ sở khoa học
Để tiến hành tớnh toỏn thiết kế hệ thống xử lý nước thải, cần biết đặc trưng cơ bản của nước thải mỏ như sau:
-Theo kết quả phõn thớch chất lượng nước (Bảng 3.2.), nước thải mỏ than cú cỏc chỉ tiờu pH, sắt (Fe), Mangan (Mn), cặn lơ lửng (TSS) khụng đạt tiờu chuẩn mụi trường cho phộp. Độ pH = 5,3 (tiờu chuẩn 5,5 – 9,0), hàm lượng Fe = 53,2 mg/l (tiờu chuẩn 5 mg/l), hàm lượng Mn = 3,2 mg/l (tiờu chuẩn 1 mg/l), hàm lượng TSS = 134 mg/l (tiờu chuẩn 100 mg/l). Cỏc chỉ tiờu khỏc đạt tiờu chuẩn cho phộp.
Bảng 3.2 – Cỏc thụng số trong nước thải mỏ cần xử lý
TT Thụng số Đơn vị Nước thải chưa xử lý QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) Cmax = C ì Kq ì Kf với Kq = 0,9; Kf = 1,2 1 pH 5,3 5,5 ữ 9 2 TSS mg/l 134 100 3 Fe mg/l 5,32 5 4 Mn mg/l 3,2 1
60
Như vậy, để đảm bảo chất lượng nước thải đạt quy chuẩn cho phộp trước khi thải vào mụi trường thỡ nước thải cần xử lý 4 thụng số pH, TSS, Fe, Mn. Mỗi thụng số phải ỏp dụng cỏc biện phỏp xử lý khỏc nhau, trong đú:
-Đối với thụng số pH: pH trong nước thải được xử lý bằng phương phỏp húa học như: bể trung hũa, dựng để đưa mụi trường nước thải cú chứa cỏc axit vụ cơ hoặc kiềm về trạng thỏi trung bỡnh pH = 6,5 – 8,5.
-Đối với thụng số TSS: nồng độ TSS trong nước thải được xử lý bằng phương phỏp cơ học như: bể lắng keo tụ, tạo bụng; bể lắng.
-Đối với cỏc thụng số kim loại nặng Fe, Mn: nồng độ Fe, Mn trong nước thải được xử lý bằng phương phỏp húa học đú là phương phỏp oxi húa – khử, với cỏc bể như: bể trộn để trộn húa chất trước khi cho vào bể oxi húa, bể phản ứng.
3.2. Đề xuất dõy truyền cụng nghệ xử lý nước thải mỏ than Khe Bố
Giới thiệu vai trũ từng hạng mục cụng trỡnh trong dõy truyền cụng nghệ Lưới thu rỏc:
Đối với nước thải cụng nghiệp. nước thải mỏ, ngoài song chắn rỏc cũn sử dụng loại lưới lọc – tấm thộp mỏng đục lỗ hoặc dõy thộp đan với nhau chiều rộng mắt lưới khụng lớn hơn 5mm để chắn giữ rỏc. Lưới lọc phõn biệt thành loại phẳng và loại trụ theo phương phỏp làm sạch lưới, phõn biệt thành loại khụ và loại ướt. Loại khụ làm sạch bằng bàn chải sắt, loại ướt làm sạch bằng thủy lực. Những chất được giữ lại trờn mặt lưới được xối rửa bằng những tia nước mạnh và cho chảy vào mỏng thu nước.
Bể điều hũa:
Bể điều hũa cú ý nghĩa quan trọng trong quỏ trỡnh xử lý, nú cú tỏc dụng điều hũa lưu lượng và nồng độ cỏc chất ụ nhiễm. Bờn cạnh đú quỏ trỡnh thổi khớ trỏnh được sự lắng cặn vào tạo điều kiện thuận lợi cho quỏ trỡnh xử lý tiếp theo.
Để đảm bảo điều hũa nồng độ, lưu lượng và trỏnh lắng cặn, trong bể điều hũa thường bố trớ hệ thống khuấy trộn hoặc hệ thống sục khớ nhằm tạo sự xỏo trộn đều cỏc chất ụ nhiễm trong toàn bộ thể tớch nước thải, trỏnh việc lắng cặn, lờn men tạo mựi hụi, bờn cạnh đú cũng giỳp oxi húa một phần chất hữu cơ.
Giảm bớt sự dao động của chất bẩn trong nước thải do quỏ trỡnh sản xuất thải ra khụng đều, ổn định lưu lượng nước thải, giỳp giảm kớch thước, tiết kiệm húa chất để trung hũa nước thải và nõng cao hiệu quả xử lý của cỏc cụng trỡnh phớa sau.
Bể trung hũa:
Bể trung húa cú tỏc dụng trung hũa pH nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho cỏc cụng trỡnh xử lý cần độ pH ổn định diễn ra một cỏch bỡnh thường.
61
Căn cứ theo điều kiện thực tế của mỏ than Khe Bố, nước thải ở bể điều hũa đưa sang bể trung hũa cú pH = 5,3. Vỡ việc xử lý Fe, Mn ở bể keo tụ + tạo bụng cần pH = 7,5 nờn ta sẽ sử dụng NaOH 10% để trung hũa pH đạt điều kiện cho quỏ trỡnh keo tụ + tạo bụng diễn ra thuận lợi.
Bể keo tụ + tạo bụng:
Keo tụ là quỏ trỡnh kết hợp cỏc hạt lơ lửng khi cho cỏc hợp chất cao phõn tử vào nước. Sự keo tụ được tiến hành thỳc đẩy quỏ trỡnh tạo bụng làm tăng vận tốc lắng cỏc hạt. Mục đớch của quỏ trỡnh này là giảm SS, Fe và Mn.
Bể keo tụ là nơi diễn ra quỏ trỡnh keo tụ, tạo bụng, tạo điều kiện thuận lợi để cỏc chất keo tiếp xỳc với cặn bẩn làm tăng khối lượng riờng của cỏc hạt cặn bẩn, đồng thời trong bể cú thiết bị khuấy trộn nhằm tăng cường hiệu quả của quỏ trỡnh.
Bể lắng đứng
Bể lắng cú chức năng loại bỏ cỏc tạp chất lơ lửng và cỏc bụng cặn cú khả năng lắng được trong nước thải sau khi đó qua quỏ trỡnh keo tụ, tạo bụng ở bể keo tụ + tạo bụng trước đú. Ở đõy ta chọn bể lắng đứng.
Thuyết minh dõy chuyền cụng nghệ
Trờn cơ sở vai trũ chức năng của từng bể được tỏc giả lựa chọn trong dõy chuyền cụng nghệ, nước thải mỏ được đưa đến hệ thống thu gom riờng đi qua lưới chắn rỏc để loại bỏ rỏc cú kớch thước ≥10 mm. Lượng rỏc thu gom ở lưới chắn rỏc được đưa tới xử lý ở hệ thống xử lý bựn thải cựng với bựn từ cỏc cụng trỡnh xử lý khỏc trong hệ thống. Nước sau khi qua lưới chắn rỏc được đưa tới bể điều hũa cú chức năng điều chỉnh lưu lượng và ngăn ngừa quỏ trỡnh lắng cặn, trong bể bố trớ thiết bị khuấy trộn hoặc sục khớ. Từ bể điều hũa nước thải được bơm qua bể trung hũa để trung hũa pH của nước thải mỏ bằng cỏch sử dụng NaOH 10% được bơm định lượng vào bể để đưa giỏ trị pH của nước thải lờn 7,5 – thớch hợp cho quỏ trỡnh keo tụ tỏch Fe và Mn phớa sau. Để tăng lượng oxy trong nước thải nhờ hệ thống sục khớ đặt ở đỏy bể cũng là để hũa trộn NaOH tan đều trong nước thải. Nước thải tiếp tục đi vào bể keo tụ + tạo bụng, tại đõy chất keo tụ Al2(SO4)3.18H2O được thờm vào để giỳp quỏ trỡnh keo tụ cỏc hidroxit kim loại và sự cú mặt của chất trợ keo tụ là một loại polymer (PAC) để tiếp tục làm tăng kớch thước và trọng lượng bụng cặn tạo thuận lợi cho quỏ trỡnh lắng tiếp theo. Dựng năng lượng cỏnh khuấy tạo dũng chảy rối để hũa trộn đều nước thải. Nước thải tiếp tục chảy qua bể lắng đứng, tại đõy quỏ trỡnh lắng được thực hiện để tỏch rời cỏc bụng cặn tạo ra từ bể keo tụ tạo
62
bụng ra khỏi nước thải. Phần cặn lắng xuống được bơm qua bể nộn bựn, đưa qua mỏy ộp bựn để tỏch nước ra khỏi bựn đó nộn thu được bỏnh bựn và thải bỏ ra ngoài mụi trường. Nước thải sau khi xử lý đạt tiờu chuẩn sẽ được xả ra nguồn tiếp nhận.
Dõy chuyền cụng nghệ phự hợp để xử lý nước thải mỏ than Khe Bố như hỡnh 3.1:
Hỡnh 3.1 – Dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước thải mỏ than Khe Bố
Chỳ thớch
Đường nước thải Đường bựn Nước tuần hoàn Đường khớ Húa Chất Đường rỏc Rỏc Nước thải Lưới thu rỏc Bể diều hũa NaOH Bể trung hũa Bể keo tụ + tạo bụng Nguồn tiếp nhận Khuấy trộn Bể chứa bựn Nộn bựn Bựn Nước Bựn Cấp khớ Bể lắng đứng Phốn, polymer Khuấy trộn
63
CHƯƠNG 4.
THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN CễNG NGHỆ XỬ Lí NƯỚC THẢI MỎ THAN KHE BỐ
Tớnh toỏn thiết kế dõy truyền cụng nghệ xử lý nước thải mỏ than Khe Bố nhằm đưa ra đề xuất xử lý cỏc chất ụ nhiễm vượt quỏ tiờu chuẩn cho phộp, đảm bảo QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cụng nghiệp, giảm tỏc động xấu đến mụi trường, đưa ra cỏc giải phỏp gúp phần bảo vệ, ngăn ngừa và khắc phục tỡnh trạng ụ nhiễm mụi trường do quỏ trỡnh khai thỏc than ở cỏc mỏ than núi chung và mỏ than Khe Bố núi riờng.
4.1. Tớnh toỏn dõy chuyền cụng nghệ
Trờn cơ sở cỏc thụng số cần xử lý và sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ được trỡnh bày trong bảng 3.2, tỏc giả nhận thấy rằng:
-Chỉ tiờu pH = 5,3, nước thải cú tớnh axit mạnh, khụng đạt tiờu chuẩn cho phộp (pH = 5,5 ữ 9);
-Chỉ tiờu TSS vượt 1,34 lần so với TCCP; -Chỉ tiờu Fe vượt 1,06 lần so với TCCP; -Chỉ tiờu Mn vượt 3,2 lần so với TCCP.
Để nước thải sau xử lý nằm trong giới hạn cho phộp quy định trong cột B của QCVN 40:2011/BTNMT, với hệ số Kq = 0,9; Kf = 1,2 thỡ hiệu quả xử lý của hệ thống phải đạt: HTSS = ì100% = 25,37% HFe = , , ì100% = 6,01% HMn = , , ì100% = 68,75%
+ Hiệu suất xử lý TSS của bể lắng là 50 ữ 65%, bể keo tụ + tạo bụng là 65% (Tức hàm lượng TSS cũn lại sau bể lắng 1 là 50%, bể keo tụ + tạo bụng là 35%). Như vậy,nếu nước thải đầu vào cú TSS = 134 mg/l đi qua bể keo tụ + tạo bụng và bể lắng đứng thỡ hàm lượng trong nước thải đầu ra là: SSra = 134 ì 0,5 ì 0,35 = 23,45 mg/l, đạt quy chuẩn nước thải đầu ra (SS = 100 mg/l).
+ Hiệu suất xử lý kết tủa Fe ở bể keo tụ + tạo bụng là 80 ữ 90% (tức là Fe cũn lại sau bể keo tụ tạo bụng là 10 ữ 20%). Như vậy, nếu nước thải đầu vào cú Fe = 5,32 mg/l đi qua bể keo tụ tạo bụng thỡ hàm lượng trong nước thải đầu ra là: Fera = 53,2 ì 0,1 = 0,532 mg/l, đạt quy chuẩn nước thải đầu ra (Fe = 5 mg/l).
64
+ Hiệu suất xử lý Mn ở bể keo tụ tạo bụng là 80 ữ 90% (tức là Mn cũn lại sau bể keo tụ tạo bụng là 10 ữ 20%). Như vậy, nếu nước thải đầu vào cú Mn = 3,2 mg/l đi qua bể keo tụ + tạo bụng thỡ hàm lượng trong nước thải đầu ra: Mnra = 3,2 ì 0,1 = 0,32 mg/l, đạt quy chuẩn nước thải đầu ra (Mn = 1 mg/l).
4.1.1. Lưới thu rỏc
Lựa chọn lưới thu rỏc dạng phẳng với kớch thước mắt lưới 5ì5 mm.
4.1.2. Bể điều hũa
Thể tớch bể điều hũa:
Vđh = Q* ì tđ Trong đú:
Q* – Lưu lượng nước thải tớnh theo giờ, m3/h. Q* = Q/24 = 4500/24 h = 187,5 (m3/h);
tđ – Thời gian lưu nước trong bể điều hũa, h, (6 ữ 12 h) chọn tđ = 8 h. Vđh = 187,5 ì 8 = 1500 (m3)
Chiều cao xõy dựng của bể:
Hđh = H + hbv Trong đú:
H – Chiều cao hữu ớch của bể điều hũa, m. Chọn H = 4 m; Hbv – Chiều cao bảo vệ là 0,5 m.
Hđh = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Diện tớch bể F = đ đ F = , = 333 (m2) Chọn : Bể là hỡnh chữ nhật Chiều dài là 18,5 m (Lđh); Chiều rộng là 18 m (Bđh).
Vậy kớch thước của bể điều hũa là: Lđh ì Bđh ì Hđh = 18,5 ì 18 ì 4,5. Chọn quỏ trỡnh khuấy trộn trong điều hũa bằng hệ thống thổi khớ. Lượng khớ nộn cần cho thiết bị khuấy trộn:
Qkk = R ì Vđh Trong đú:
65
R – Tốc độ khớ nộn, m3.phỳt. (R = 10 ữ 12 l/m3.phỳt). Chọn R = 12 l/m3.phỳt = 0,012 m3/m3.phỳt.
Qkk = 0,012 ì 1500 = 18 (m3/phỳt) = 18000 (lớt/phỳt) = 0,3 (m3/s) Chọn khuếch tỏn khớ bằng đĩa sứ bố trớ dạng lưới.
Số đĩa khuếch tỏn:
n = Trong đú:
Qkk – Lượng khớ nộn cần thiết cho thiết bị khuấy trộn, lớt/ phỳt; r – Lưu lượng khớ, (r = 11 ữ 96 ). Chọn r = 80 l/ m3.phỳt .
n = = 225 (đĩa)
Cỏc đĩa được bố trớ được bố trớ dạng lưới, đều khắp đỏy bể, phõn phối đĩa thành 15 hàng theo chiều rộng và mỗi hàng 15 đĩa.
Chọn vận tốc khớ trong ống vkk = 10 m/s, (vkk = 10 ữ 15 m/s). Đường kớnh ống dẫn khớ chớnh:
Dc = ì ì
Trong đú:
Qkk – Lượng khớ nộn cần thiết cho thiết bị khuấy trộn, Qkk = 0,3 m3/s;