Nước thải từ các mỏ than có tính axit được đặc trưng bởi độ pH thấp và nồng độ cao của Sắt, một số kim loại hoà tan khác (chủ yếu là sắt, mangan), BOD, COD, Coliform (từ nước thải sinh hoạt), dầu mỡ. Tính a xít của nước được đo bằng độ pH, đó là hàm số của: Sự cân bằng giữa các phản ứng tạo a xít và các phản ứng trung hoà; Tốc độ phản ứng; Khả năng tiếp xúc với khoáng chất có khả năng tạo ra các phản ứng hóa học.
3.2.1.1. Quá trình tạo axít của nước thải mỏ
Nghiên cứu bản chất quá trình tạo axít của nước mỏ than có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp khả thi xử lý nước thải mỏ.
Lưu huỳnh trong than tồn tại ở dạng vô cơ và hữu cơ, nhưng ở dạng vô cơ chiếm tỷ trọng cao. Lưu huỳnh vô cơ ở dạng khoáng Pyrit hay chalcopyrit, khi bị oxy hoá trong môi trường có nước sẽ tạo thành a xít theo phản ứng sau (sự phong hóa của Pyrit trong đá – oxy hóa bởi oxy; lưu huỳnh bị oxy hóa tạo thành muối sunphat và ion Sắt (II)):
FeS2 + 7/2 O2 + H2O → Fe2+ + 2SO42- + 2H+
Do vậy nếu than và đất đá nền có chứa nhiều lưu huỳnh ở dạng các khoáng chất thì nước khu vực đó sẽ có tính axít cao.
Nước thải từ các hoạt động khai thác lộ thiên còn kéo theo lượng bùn đất đáng kể. Có thể áp dụng những công nghệ xử lý hiện có để đạt được giới hạn cho phép của các dòng nước thải. Thuộc loại công nghệ này bao gồm phương pháp kết tủa bằng hoá chất /điều chỉnh độ pH, xục khí, làm lắng và đầm sinh học.
Trong quy trình, hồ chứa có công năng hạn chế tối đa sự biến động về dòng chảy và nồng độ các chất ô nhiễm, đặc biệt là độ pH. Thông thường dòng chảy tràn từ hồ chứa được dẫn vào thùng khuẩy, ở đó độ pH được điều chỉnh đến mức cần thiết.
3.2.1.2. Quá trình tạo sắt (Fe), mangan (Mn) của nước thải mỏ
41
quặng Pyrit sắt FeS2. Một dạng khác của sắt là FeCO3 ít tan. Nước ngầm chứa một lượng đáng kể CO2, nên FeCO3 có thế bị hòa tan theo phương trình phản ứng:
FeCO3 + CO2 + H2O → Fe2+ + HCO3-
Phản ứng này không xảy ra ngay cả khi hàm lượng CO2 và FeCO3 cao nếu có mặt oxi hòa tan. Tuy nhiên trong điều kiện kỵ khí, Fe3+ bị khử thành Fe2+.
Mangan tồn tại trong đất chủ yếu dưới dạng MnO2, rất ít tan trong nước có chứa CO2. Trong điều kiện kỵ khí, MnO2 bị khử thành Mn2+.
Fe và Mn tồn tại trong nước do sự thay đổi điều kiện môi trường dưới tác dụng của các phản ứng sinh học xảy ra trong các trường hợp:
- Nước thải hầm lò chứa một lượng đáng kể Fe hoặc Mn hoặc cả Fe và Mn sẽ không chứa oxi hòa tan và có hàm lượng CO2 cao. Fe và Mn tồn tại dưới dạng Fe2+ và Mn2+. Hàm lượng CO2 cao chứng tỏ quá trình oxi hóa các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật đã xảy ra và nồng độ oxi hòa tan bằng không, chứng tỏ điều kiện kỵ khí đã hình thành.
- Trên cơ sở nhiệt động học, Mn4+ và Fe3+ là trạng thái oxi hóa bền nhất của Fe và Mn trong các nguồn nước chứa oxy. Do đó, chúng có thể bị khử thành Mn2+ và Fe2+ hòa tan chỉ trong môi trường kỵ khí.
- Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng một số vi sinh vật có khả năng sử dụng Fe(III) và Mn(IV) làm chất nhận điện tử do quá trình trao đổi chất dưới điều kiện kỵ khí dẫn đến sự hình thành các dạng khử Fe(II) và Mn(II). Như vậy, vi sinh vật không chỉ tạo ra môi trường kỵ khí cần thiết cho quá trình khử mà còn có khả năng khử trực tiếp Fe và Mn.