Chương 3 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm
3.2. Đề xuất các phương pháp khả thi xử lý nước thải mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh
Hoạt động khai thác mỏ phá hoại địa hình, rừng bị tàn phá, làm ảnh hưởng xấu đến nước mặt: sông suối, ao hồ bị cạn do lắng đọng, d òng chảy bị thu hẹp, bồn thu nước cũng bị thu hẹp. Trong những năm tới, khai thác hầm lò ngày càng xuống sâu làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến nước ngầm như phá
huỷ tầng chứa nước, dòng ngầm giảm và nước bị ô nhiễm. Nguồn nước thải hầm lò mang tính axít cao, chỉ tiêu chất rắn lơ lửng và các kim loại Fe, Mn cao. Đối với các nguồn thải không có diện tích ở vùng đồi núi sâu, địa hình phức tạp, có đặc thù của rất nhiều nguồn thải các mỏ hầm lò có vị trí ở vùng
8 7
1 2 9
10
3 5
6
4
Hình 3.9. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải -51 Hà Lầm
1. Bơm nước thải; 2. Máy khuấy; 3. Bể hoà trộn; 4. Bể lắng; 5. Bơm bùn; 6. Sân phơi bùn; 7. Sữa vôi và bơm định lượng; 8. Dung dịch và bơm định lượng polyme;
9. Đầu đo pH; 10. Nước sau xử lý.
đồi núi, địa hình phức tạp, diện tích rất hẹp khó khăn cho việc xây dựng hệ thống xử lý.
3.2.1. Nguyên lý chung về xử lý nước thải công nghiệp
Nước thải từ các cơ sở khai thác và chế biến than thường chứa nhiều tạp chất có bản chất khác nhau. Vì vậy mục đích của xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho nước sau khi xử lý đạt TCCP. Để đạt được mục đích trên, trong công nghiệp xử lý nước thải đã sử dụng nhiều quá trình khác nhau như
minh hoạ trên hình 3.10.
Khử chất rắn thô Khử chất rắn lơ lửng
Khử chất rắn
hữu cơ hoà tan Khử Nitơ Khử phốt pho Khử chất rắn
lơ lửng mịn Khử vi
khuẩn Khử chất
hữu cơ vết Khử muối vô cơ
Song/lưới chắn
Hồ ổn định Hoạt hoá
bùn
Tuyển nổi Tuyển nổi
TiÕp xóc yÕm khÝ Bể lắng
Tuyển nổi
LoạiNitơ
Tiêu huỷ hiÕu khÝ/
yÕm khÝ
Đông tụ và lắng
Lọc cát
Lọc Diatomit
Clohoá
CácbonLọc
Điện thÈmtÝch
Traođổi iôn
Bay hơi
Làm lạnh
TrÝch ly láng- láng ThÈm thÊu ngược Phơi trên
sân cát
Ly t©m Lọc chân không
Chôn lấp
Đốt cháy
ít
Đốt cháy khô
Làm đặc bùn
Thảichất tái sinhhoặc nướcmuối Làm tăng nồng
độ chất rắn Tách nước Phân huỷ chất
rắn hữu cơ
Hình 3.10. Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải cho các mức độ làm sạch khác nhau
Nước thải
3.2.2. Đề xuất các mô hình hệ thống xử lý nước thải áp dụng cho vùng th an Quảng Ninh
Phân tích đặc điểm chất lượng nước thải từ các cơ sở sản xuất, chế biến than ở phần trên, tôi xin đề xuất một số mô hình xử lý nước thải như sau:
a. Đối với nước thải ở các mỏ có độ pH nằm trong giới hạn TCCP (5,5 9,0) thì hệ thống xử lý nước thải chủ yếu tập trung vào việc xử lý chất rắn lơ
lửng và các kim loại Fe và Mn. Hệ thống xử lý nước thải trong trường hợp này có sơ đồ nguyên lý ở hình 3.11.
Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải trong trường hợp này như đã trình bày ở hình 3.7.
b. Đối với nước thải của các mỏ có độ pH nhỏ hơn TCCP thì hệ thống xử lý nước thải phải thực hiện hai cấp trên hình 3. 12 là sơ đồ nguyên tắc xử lý nước thải trong trường hợp này.
Sơ đồ xử lý nước thải trong trường hợp này như ở hình 3. 9, chỉ khác là không cần sử dụng hệ thống bơm dung dịch và định lượng Polyme.
Xử lý Fe, Mn lắng tủa cặn
Nước thải từ mỏ Nước thải sạch
ra môi trường
Hình 3.11. Sơ đồ nguyên tắc xử lý nước thải ở mỏ có độ pH bình thường
Nước đã xử lý Xử lý Fe, Mn
lắng tủa cặn Trung hoà bằng sữa vôi Nước thải từ mỏ
thải ra môi trường Hình 3.12. Sơ đồ nguyên tắc xử lý nước thải ở mỏ có pH < TCCP
3.2.3. Đề xuất giải pháp xử lý nước thải áp dụng cho mỏ than Mông Dương 1. Xác định lượng nước chảy vào khai trường
Dự tính lượng nước chảy vào hệ thống lò mức -250 sau 10 năm khai thác.
- Phương pháp tính toán
Sử dụng công thức của DuyPuy phối hợp với phương pháp giếng lớn của C.V. Troianxki:
1,366 Ktb (2H - M) M Q = ---
lg (R + ro) - lgro Trong đó:
Ktb:Hệ số thấm TB của đá chứa nước trong khu mỏ. Ktb= 0,03 m/ng.đ
H : Độ cao cột nước tĩnh trung bình trong phạm vi khai thác
S : Chiều cao cột nước tháo khô. Khi cột nước hạ thấp tới lò khai thác thì
H = S.
R : Bán kính phát triển phễu hạ thấp mực nước theo Kusakin:
R = 2S H K tb ro: là bán kính giếng lớn:
F : Diện tích đáy giếng lớn = diện tích khai trường sau 10năm khai thác mức –250(khu Mông Dương) và mức –150 khu ĐB Mông Dương).
Chiều dày M của nham thạch chứa nước được xác định từ mặt cắt địa chất, và mặt cắt địa chất thuỷ văn cắt qua các khu khai thác. Khu Mông Dương có M = 66.4% địa tầng. Khu ĐB Mông Dương có M = 53.35%
Hệ số biến đổi lưu lượng được tính trên cơ sở tỷ số chênh lêch giữa Qmax tháng lớn nhất và Qmin th áng bé nhất theo kết quả quan trắc của mỏ hệ số này tạm lấy trung bình là 4.
Lưu lượng mùa khô (Qmin) được tính tương ứng điều kiện chiều dày đá
chứa nước (M) bằng 66.4% và 53.35% chiều dày địa tầng ứng với tứng khu
khai thác. Nước mặt và nước mưa không b ổ cập trực tiếp cho dòng chảy vào má (Qmin = Qtb giÕng lín).
Lưu lượng mùa mưa (Qtb ) là lượng nước trung bình thường xuyên chảy vào mỏ trong mùa mưa (chưa tính lượng nước bổ cập trực tiếp - Qbc).
Qtb = Qmin * hệ số biến thiên lưu lượng.
Quá trình khai thác đã phá vỡ cân bằng tự nhiên của đất đá, các lớp nham thạch bị nứt nẻ làm xuất hiện hệ thống khe nứt mở, do đó nước mặt và vũ lượng tác động trực tiếp tới dòng chảy vào mỏ làm xuất hiện lượng nước bổ cập Q3 (Q bổ cập). Lượng nước mưa bổ cập trực tiếp đến dòng chảy vào mức - 250 dự tính = 37% tổng lưu lượng dòng chảy cực đại Qmax (điều kiện mỏ thực hiên tốt chế độ san lấp hệ thống khe nứt và thoát nước tốt trên mặt mỏ).
Thông số Qbc được tính trên cơ sở kết quả quan trắc thực tế của mỏ và số liệu nghiên cứu ĐCTV các mỏ Hà lầm,Vàng Danh, Thống Nhất ... trong đề tài nghiên cứu dòng chảy vào các mỏ hầm lò TVN do Viện KHCN Mỏ thực hiện n¨m 2003.
Lưu lượng cực đại chảy vào khai trường Qmax = Qtb + Q bổ cập.
Bảng 3.4. Kết quả tính toán lượng nước chảy vào mỏ (đơ n vị m3/h)
Khu khai thác Qmin Qtb Qmax
Vũ Môn+khu Tây
+S©n giÕng 242 1005 1368
Khu Đông+ĐB Mông
Dương 213 801 1692
Lưu lượng nước chảy vào mỏ mức –250 khu Mông Dương và mức –150 khu ĐB Mông Dương sau 10 năm khai thác tính toán trên cơ sở:
+Tầng (-100) ~ LV sau khi kết thúc vẫn duy trì tốt hệ thống thoát nước.
Lưu lượng nước Qmax tính toán trên đây không bao gồm các tình huống đột xuất: như bục nước từ lò cũ hoặc túi nước cục bộ.
Cần thường xuyên làm tốt công tác san lấp hệ thống khe nứt trên mặt mỏ để giảm thiểu lượng nước mưa bổ cập trực tiếp vào hệ thống lò đang khai thác. Thực tế sản xuất cho thấy nếu làm được tốt công tác san lấp hệ thống khe nứt trên mặt mỏ và tạo các rãnh thoát nước trên mặt sau các đợt nắng nóng thì sẽ giảm thiểu đáng kể lượng nư ớc mưa bổ cập trực tiếp vào hệ thống lò.
2. Chất lượng nước thải
Theo Dự án đầu tư giai đoạn II mỏ than Mông Dương, nước thải mỏ hầm lò được tháo khô theo hai khu riêng:
Khu Vũ Môn + khu Tây + Sân Giếng với lưu lượng trung bình mùa khô
242 m3/h, trung bình mùa mưa 1005 m3/h.
Khu Đông Mông Dương + khu Đông Bắc Mông Dương với lưu lượng trung bình mùa khô 213 m3/h, trung bình mùa mưa 801 m3/h.
Hiện tại Công ty than Mông Dương đang khai thác lò giếng ở mức -97,5 và đang tiếp tục xuống sâu trong thời gian tớ i. Vì vậy mọi nguồn nước thải sẽ gia tăng và tập trung chủ yếu vào hầm bơm -97,5.
Nguồn nước thải ở hầm lò có lưu lượng trung bình, trong những tháng không phải mùa mưa là 300 500 m3/h, còn vào những ngày mùa mưa, lớn nhất có thể đạt 2000 3000 m3/h.
Kết quả phân tích chất lượng nước của Cục cảnh sát môi trường cho trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kết quả phân tích mẫu nước thải trong lò
TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 (cột B)
1 pH 7.0 5,5 9
2 TSS mg/l 638 100
3 BOD5 mg/l 13 50
4 COD mg/l 172 80
5 As mg/l 6,67.10-3 0,1
6 Hg mg/l 0.33.10-3 0,01
7 Coliform MPN/100ml 5,3.104 5000
3. Lựa chọn phương án xử lý
Để xử lý nước thải mỏ có nhiều chất rắn lơ lửng, COD cao, coliform nhiều có thể sử dụng các giải pháp sau:
- Phương pháp xử lý bằng hoá chất
Phương pháp xử lý lựa chọn: Xử lý nước thải mỏ bằng dung dịch keo tụ, hoá chất diệt khuẩn Ca(OCl)2, KmnO4.
Lưu lượng nước thải xử lý: 500 m3/h.
4. Mô tả phương án công nghệ
Lựa chọn phương án xử lý nước thải mỏ như sau: Dùng dung dịch keo tụ để xử lý chất rắn lơ lửng; dùng hoá chất Ca(OCl)2 để diệt khuẩn và dùng chất oxy hóa KMnO4 để xử lý COD quá cao. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải
được giới thiệu trên hình 3.13.
5. Tính toán chi phí hoá chất
Chi phí pôlime để xử lý nước thải mỏ là 1g/1m3 khi trị số TSS = 200 mg/l. Đối với nước thải mỏ Mông Dương, TSS = 638 mg/l thì lượng pôlime cần dùng là: 3,2g/m3 nước thải.
Vậy khi xử lý lưu lượng nước thải là 500 m3/h, tức là 12 000 m3/ngày
đêm sẽ cần 38,4 kg/24h.
Phương án pha pôlime:
- Tỷ lệ pha pôlime là 3,2 kg/1000 m3 nước thải.
Do các thùng pôlime có gắn hệ thống khuấy, nên chọn thùng có dung tích 5000 lít. Tại vị trí pha pôlime bố trí pha 2 thùng để việc cấp pôlime được duy trì liên tục.
6. Chi phí hoá chất Ca(OCl)2( Hypochloride Canxi)
Theo kết quả sử dụng hoá chất Ca(OCl)2 để diệt khuẩn trong nước thải mỏ Công ty than Hà Lầm cần pha chế theo tỷ lệ 2,25%, tức là 2,25 kg/1000m 3 nước thải.
Keo tô Ca(OCl)2
Hệ thống bơm định lượng hoá chất
Ng¨n
lắng 1 Ngăn
lắng 2 Ngăn lắng 3
Nước thải ra suèi H10
Bể chứa bùn
Hồ lắng xử lý bùn BÓ
chứa Nước thải
đầu vào
Hệ thống máy thổi khí
Hình 3.13. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải từ hầm bơm -97,5 Công ty than Mông Dương
Như vậy, để xử lý 12 000 m3 nước thải trong 24h cần lượng hoá chất là:
27 kg.
7. Tính toán cân bằng sản phẩm hệ thống xử lý nước thải từ trạm bơm - 97,5 Công ty than mông Dương
Sơ đồ cân bằng sản phẩm xử lý nước thải mỏ được giới thiệu trên hình 3.14.
8. Tính toán lựa chọn công suất bể phản ứng, bể lắng
Để đảm bảo xử lý 500 m3 nước thải mỏ đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945: 2005, cần phải xây dựng hệ thống các bể phản ứng, bể lắng liên hoàn. Cụ thể:
a. Bể phản ứng Kích thước của bể:
H x B x L = Cao x rộng x dài = 3 x 4 x 6 = 72 m3
Bể chia làm 2 ngăn để pha trộn các loại hoá chất xử lý TSS, COD.
b. Hệ thống các bể lắng
Chất xử lý Pôlime: 38,4 kg/24h KMnO4: 1,44 kg/24h Ca(OCl)2: 27 kg/24h
Hệ thống xử lý
Bùn thải 7 721,84 kg Nước thải mỏ
Q = 500 m3/h TSS = 638 mg/l COD = 172 mg/l Coliform = 5,3.104
Nước sau xử lý TSS =100 mg/l COD = 80 mg/l Coliform = 5000 TCVN 5945:
2005,loại B
Hình 3.14. Sơ đồ cân bằng sản phẩm xử lý nước thải mỏ
- Bể lắng ngang số 1 với kích thước:
H x B x L = 3 x 8 x 30 = 720 m3
Tại bể lắng ngang số 1 sử dụng cụm gạt bùn để thu gom bùn.
- Bể lắng ngang số 2 với kích thước:
H x B x L = 2,5 x 5 x 25 = 312,5 m3 - Bể lắng ngang số 3 với kích thước:
H x B x L = 2,2 x 5 x 23 = 253 m3 9. Thiết bị
Bảng 3.6. Bảng thống kê danh mục thiết bị công trình xử lý nước thải mỏ Mông Dương
TT Tên thiết bị Đơn vị
tÝnh
Sè
lượng Ghi chú
1
Thiết bị khuấy pôlime 3 tầng cánh P = 4,5 kW
N = 30 vòng/ phút
Bộ 2 Thiết bị mới
2 Thiết bị khuấy dung dịch KMnO4 Bộ 2 Thiết bị mới 3 Thiết bị khuấy trộn cho bể phản ứng
3 tầng cánh P = 3 kW – 380V Bộ 1 Thiết bị mới
4
Máy bơm dung dịch pôlime Q = 2 m3/h;P = 0,75 kW; điện áp 400V; 3 pha - 50Hz, dải điều chỉnh 1- 100%
Cái 2 Mua mới
5
Máy bơm dung dịch KMnO4 Q = 2 m3/h;P = 0,75 kW; điện áp 400V; 3 pha, dải điều chỉnh 1- 100%
Cái 2 Mua mới
6
Bơm nước nội bộ ( 01 cấp nước pha dung dịch polime và KMnO4; 01 dự phòng) Q = 10 m3/h; P = 3 kW
Cái 3 Đầu tư mới
7 Bơm nước thải từ bể hố thu nước của Cái 1 Đầu tư mới
bể róc bùn, Q = 4 m3/h; H = 10m
8 Bơm bùn từ bể lắng số 1 Q = 20 30
m3/h Cái 2 Đầu tư mới
9 Bơm bùn từ bể lắng số 2 DW300 Cái 1 Mua mới
10 Bơm bùn từ bể lắng số 3, loại chìm
MV30/50 Cái 1 Mua mới
11 Hệ thống gạt bùn bằng cơ khí cho bể
1; khẩu độ gạt 8m HT 1 Chế tạo mới
12 Hệ thống gạt bùn bằng cơ khí cho bể
3; P = 7,5 kW – 380 V HT 1 Chế tạo mới
13 Hệ thống điều khiển Hệ 1 Thiết bị chế tạo
14 Thiết bị hoá nghiệm Bộ 1 Mua mới
15 Cân bàn 500kg Cái 1 Mua mới
16 Thùng pha polime 5 m3 Cái 2 Chế tạo mới
17 Thùng chứa dung dịch polime 1,5m3 Cái 1 Chế tạo mới 18 Thùng pha dung dịch KMnO4 1,5m3 Cái 1 Chế tạo mới
19 Thùng chứa dung dịch KMnO4 Cái 1 Chế tạo mới
20 Tủ điện Cái 2 Chế tạo mới
10. Hạng mục xây dựng
Bảng 3.7. Bảng thống kê các hạng mục xây lắp công trình xử lý nước thải mỏ tại Công ty than Mông Dương
TT Hạng mục công trình Kích thước Ghi chú
1 Hố ga nhận nước thải 3m x 3m x 2m Xây bằng đá hộc 2 Máng dẫn nước thải từ hố ga về
bÓ khuÊy trén
0,6m x 0,8m x
80m Đổ bằng bê tông
3 Bể khuấy trộn 2m x 2m x 2,8m Đổ bê tông toàn bộ bể, có van xả đáy
4 Bể phản ứng, 2 ngăn 4m x 6m x 2,8m
Đổ bê tông toàn bộ bể, có van xả đáy.
Mặt bể có giá đỡ 2 thùng, mỗi thùng 1,5 m3
5 Máng dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng số 1
0,8m x 0,8m x
25m Đổ bê tông
6 Bể lắng số 1 3m x 8m x 30m
Đổ bê tông cốt thép, thành bể có ray để thíêt bị vét bùn hoạt động
7
Máng dẫn nước từ máng thu nước cuối bể lắng số 1 về bể lắng số 2
0,8m x 0,6m x
75m Đổ bê tông
8 Bể phơi bùn, 2 ngăn 1,5m x 5m x 15m
Đổ bê tông. Có ống xả đáy và xả
theo mức cao 9 Hố thu nước róc bùn 2m x 2m x 2m Xây bằng gạch và
có tấm đan che mặt hè
10
Mương dẫn nước từ bể lắng số 3 ra mương thoát nước chung của khu vùc
0,8m x 1m x 25m
Xây bằng gạch và có tấm đan che mặt hè
11
Đường ống dẫn nước bơm từ hố thu nước róc bùn về bể phản ứng
D60, dài 30m
12
Đường ống nối từ bơm bùn của bể lắng số 1 đến bể phơi bùn;
cã 2 van ®iÒu tiÕt
D76 – 100, dài 45m
Chất liệu chống mài mòn
13
Đường ống nối từ bơm bùn của bể lắng số 2 đến bể phơi bùn;
cã 5 van ®iÒu tiÕt
D76 – 100, dài 90m
Chất liệu chống mài mòn
14 Đường ống nối từ bơm bùn của bể lắng số 3 đến bể phơi bùn
D76 – 100, dài 35m
Chất liệu chống mài mòn
15 Đào san gạt móng công trình 500m3
16
Hệ thống đường ống dẫn nước néi bé, ®êng èng dÉn, dung dịch polime, KMnO4
17 Hệ thống đường ống thép xả
đáy các bể
D76 – 100, tổng chiều dài 35m, có 11 van khoá
18 Hệ thống điện
11. Xử lý và chôn lấp bùn sau xử lý a. Xử lý bùn thải
- Tính toán lượng bùn thải
Tổng số chất rắn lơ lửng là 638 mg/l. Dự kiến bể lắng sẽ thu hồi được 538 mg/l chất rắn lơ lửng. Khi đó khối lượng bùn khô thu được là:
MTSS = 0,538 kg/m3 x 500 m3/h x 24h = 6456 kg/24h Thể tích bùn ướt thu được:
Vbùn ướt= Vnước + Vbùn khô
Vbùn ướt = [6456kg/24h x 80x(100 -80) + 6,456/1,4] = 30,434 m3/24h Trong đó: Độ ẩm của bùn là 80%
Tỷ trọng của bùn khô là 1,4 tấn/m3 Tỷ trọng nước là 1 tấn/m3
- Tính toán bể lắng bùn:
Chọn thời gian lưu bùn trong bể là 5 ngày và hệ số dự ph òng K = 1,1.
Tại mặt bằng khu vực xử lý, thể tích bể chứa bùn là:
Vbể bùn = 30,434 m3 x 5 x 1,1 = 145,387 m3 Thiết kế bể bùn 2 ngăn, mỗi ngăn có thể tích 75 m3.
b. Chôn lấp bùn
Bùn thải sau xử lý đã thoát nước được xúc vào các xe ô tô mang đi chôn lấp tại bãi thải mỏ. Khâu xúc bùn và vận chuyển bùn đi đổ thải huy động máy xúc và ô tô hiện có của mỏ.
12. Cung cấp điện nước
- Cung cấp điện: Điện được cấp từ mặt bằng sân công nghiệp mỏ.
- Cung cấp nước: Nguồn nước để pha polime, chất ôxy hoá và hoá chất
được sử dụng từ nguồn nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của mỏ.