4. Ý nghĩa của đề tài
3.2.2.Hiện trạng nước thải sau xử lý
Kết quả phân tích các mẫu nước thải chưa qua xử lý được lấy tại cửa lò của mỏ than của Công ty TNHH MTV 618 - Đông Triều Quảng Ninh thu được như sau:
Bảng 3.2: Chất lượng nước thải đã qua xử lý của mỏ than-Công ty TNHH MTV 618
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 06/11/ 2013 08/02/ 2014 06/05 /2014 08/08 /2014 1 pH - 6,5 6 6,5 7,0 5,5 ÷ 9 2 TSS mg/l 95,16 99,12 81,15 80,48 100 3 BOD5 (20oC) mg/l 21 29,5 17,2 15,7 50 4 COD mg/l 26 87,5 88,4 75,3 150 5 Pb mg/l 0,005 0,003 0,001 0,002 0,5 6 Cu mg/l 0,43 0,002 0,001 0,001 2 7 Fe tổng mg/l 3,06 3,06 1,98 1,90 5 8 Cd mg/l KPH KPH KPH KPH 0,1 9 Mn mg/l 2,64 2,38 1,94 2,7 1 10 As mg/l KPH KPH KPH KPH 0,1 11 Hg mg/l KPH KPH KPH KPH 0,01 12 Amoni mg/l 1,43 1,34 0,87 1,24 10 13 Tổng Photpho mg/l 0,25 0,17 0,29 0,27 6 14 Dầu mỡ khoáng mg/l 8,54 7,83 7,05 6,72 10 15 Tổng coliform MPN/10 0ml 2.700 2.010 1.200 1.700 5.000 Ghí chú:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
-KPH : Không phát hiện được
-QCVN : Quy chuẩn 40:2011/BTNMT cột B về chất lượng nước thải công nghiệp
Nhận xét:
Kết quả phân tích các mẫu nước thải được lấy tại cống thải sau trạm xử lý cho thấy hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sau khi xử lý đều đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép được quy định ở cột B của QCVN 40:2011/BTNMT về chất lượng nước thải công nghiệp trước khi thải vào môi trường. Chỉ có duy nhất hàm lượng mangan còn dao động trong khoảng từ 1,94÷ 2,7 mg/l, còn vượt giới hạn cho phép từ 1,94 ÷ 2,7 lần, hiệu suất xử lý 58 -78 %, được thể hiện như sau:
Hình 3.2 – Hiện trạng Mn trong nước thải trước và sau xử lý
Nguyên nhân ở đây là do có sự cạnh tranh oxi hóa của sắt, quá trính ô xy hóa của sắt diễn ra với tốc độ nhanh hơn của mangan và độ pH tối ưu để ô xy hóa mangan cao hơn của sắt, mặt khác do công nghệ xử lý đã cũ nên hàm lượng mangan trong nước thải còn chưa đạt yêu cầu cho phép trước khi xả thải ra môi trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.3. Hiện trạng công nghệ xử lý nƣớc thải mỏ công ty TNHH MTV 618
Hiện nay, công ty TNHH MTV 618 đã dầu tư, xây dựng được trạm xử lý nước thải khai thác than hầm lò đáp ứng được công suất 200 m3
/h, trạm xử lý do Công ty TNHH MTV môi trường- Vinacomin trực tiếp vận hành với công nghệ xử lý chủ yếu như sau:
Hình 3.3 – Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải hầm lò công ty 618
Nước thải hầm lò được bơm trực tiếp lên hệ thống mương dẫn và tự chảy vào bể điều hòa. Bể điều hòa vừa có chức năng điều hòa lưu lượng dòng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
chảy vừa có chức năng làm lắng sơ bộ nước thải giúp loại bỏ một phần hàm lượng các chất lơ lửng có trong nước thải.
Nước thải sau khi lắng thô tại bể điều hòa được bơm trực tiếp lên thiết bị lắng Lamen. Bơm định lượng được lắp đặt để bơm trực tiếp hóa chất điều chỉnh pH ( dung dịch sữa vôi Ca(OH)2) và hóa chất keo tụ PAC và trợ keo tụ PA vào đường ống, qua thiết bị trộn tĩnh hóa chất được trộn đều với nước thải trước khi vào hệ thống lắng Lamen. Dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 có chức năng trung hoà axít H2SO4 có trong nước thải, nâng độ pH đạt tiêu chuẩn môi trường, hóa chất PAC có chức năng làm giảm độ nhớt, tăng khả năng hút giữa các hạt có kích thước nhỏ tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn, sau đó PA có chức năng tăng khả năng hội tụ của các hạt khi tiếp xúc với nhau tạo thành thể keo tụ lớn, tăng tốc độ lắng đọng.
Tại thiết bị lắng, cặn lơ lửng kết thành bông có kích thước lớn, phần lớn lắng đọng xuống đáy bể, quá trình lắng đọng diễn ra nhanh dưới sự tác động của hóa chất trợ lắng và hệ thống tấm lắng lamen. Các hàm lượng TSS, kim loại như Fe, Mn, … phần lớn được xử lý ở giai đoạn này.
Nước sau thiết bị lắng Lamen sẽ được tự chảy qua hệ thống thiết bị lọc tự động, thiết bị lọc tự động là thiết bị lọc trọng lực với vật liệu lọc là cát thạch anh và sỏi lọc chuyên dụng giúp loại bỏ bớt hàm lượng các hợp chất lơ lửng, các hợp chất hữu cơ và kim loại nặng trong nước thải. Nước sau hệ thống thiết bị lọc tự động được xả thải trực tiếp ra môi trường.
Tại bể điều hòa có lắp đặt hệ thống ống hút bùn. Ống hút bùn được nối với máy bơm bùn và định kỳ được hút đưa vào bể chứa bùn. Bùn cặn tại thiết bị lắng Lamen, thiết bị lọc trọng lực cũng được thu gom qua hệ thống tuyến ống dẫn bùn và đưa về bể chứa . Bùn cặn tại bể chứa bùn được bơm lên máy ép bùn để ép. sau đó bùn thải sau khi ép được thu gom và đem đi đổ thải tại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khu vực quy định. Nước sau khi ép bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để tham gia lại vào quá trình xử lý.
Công nghệ XLNT hầm lò mỏ than tại công ty than 618 được áp dụng hiện nay chủ yếu là phương pháp keo tụ và lọc trọng lực. Vì vậy nước thải sau xử lý chưa đặt hiệu quả cao đối với các kim loại nặng, đặc biệt là hàm lượng sắt và mangan, mặt khác hiệu suất xử lý đối với các thành phần khác trong nước thải cũng không cao, chỉ đáp ứng được yêu cầu xả ra nguồn nước mặt loại B theo QCVN 40:2011.
3.4 ả năng xử lý nƣớc thải có hàm lƣợng mangan lẫn sắt
cao và đề xuất phƣơng án xử lý
3.4.1. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến quá trình xử lý mangan trong nước thải mò than hầm lò nước thải mò than hầm lò
Đường chuẩn Mn2+
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 100ml , sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 4 đến 9, tiếp tục làm theo thí nghiệm sau : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ TN1: Đổ các dung dịch đã được điều chỉnh pH khác nhau vào bình nón và sục khí trong vòng 2h
+ TN2: Cân 0.5 g vật liệu MnO2 cho vào mỗi bình nón rồi đổ các dung dịch đã được điều chỉnh pH vào các bình nón đó, tiến hành sục khí trong 2h
Kết quả đo hàm lượng Mangan và Sắt thu được cho dưới bảng sau:
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chất xúc tác
pH
Không dùng vật liệu Vật liệu MnO2 dạng hạt
Mn2+ (mg/l) Tổng Sắt (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Sắt (mg/l)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 8.5 10.2 8.79 10.4 5 8.0 9.4 8.12 9.2 6 7.2 5.32 6.84 4.36 7 5.6 3.11 4.58 2.5 8 3.3 0.79 2.0 0.16 9 0.8 KPHD 0.5 KPHD
KPHD: Không phát hiện được
Hình 3.4 : Đồ thị ảnh hưởng của chất xúc tác trong các điều kiện pH khác nhau
Nhận xét: Từ hình 3.4 ta thấy hiệu suất xử lý sắt và mangan trong điều kiện sử dụng chất xúc tác hiệu quả hơn so với không sử dụng chất xúc tác, nguyên nhân có thể do quá trình hấp phụ hoặc quá trình oxi hóa Mn2+ xảy ra trên bề mặt MnO2. Tuy nhiên, mức chênh lệch hiệu xuất xử lý không lớn, mà hiệu suất xử lý phụ thuộc nhiều hơn vào nồng độ pH, tại khoảng pH = 7- 8, quá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
oxy hóa sắt diễn ra nhanh làm hàm lượng sắt giảm đáng kể , tại khoảng pH < 8, quá trình oxy hóa mangan diễn ra chậm, nồng độ mangan giảm không đáng kể, nhưng khi tăng pH đến khoảng ~ 9 , nồng độ mangan giảm đột biến, điều đó chứng tỏ quá trình oxy hóa mangan trong khoảng pH này diễn ra nhanh và hiệu quả hơn.
3.4 ịch nước oxy
(H2O2)
Đường chuẩn Mn2+
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 1000 ml, sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 6 đến 9, lấy vào mỗi bình nón mỗi bình 200 ml dung dung dịch nước thải, thêm vào mỗi bình 5-6 giọt dung dịch nước oxy, sau đó lắc đều và để ổn định trong các khoảng thời gian từ 10 phút đến 90 phút ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.4. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của nước oxy Đơn vị: (mg/l) Thời gian (phút) pH =6 pH = 7 pH = 8 pH = 9 Mn2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe Mn 2+ Tổng Fe 10 8.7 4.0 8.3 1.2 8.0 0.05 7.8 0 20 6.8 3.64 6.15 0.45 5.64 0 5.43 0 30 6.5 3.37 5.24 0.11 5.0 0 4.76 0 40 5.6 3.11 4.78 0.03 4.21 0 3.5 0 50 5.2 3.0 4.0 0.01 3.30 0 2.11 0 60 4.8 3.12 3.12 0.01 2.18 0 1.34 0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
70 4.0 2.89 2.49 0 1.50 0 0.69 0
80 3.17 2.45 2.04 0 1.52 0 0.45 0
90 3.0 2.46 1.84 0 1.46 0 0.27 0
Hình 3.5. Đồ thị khả năng xử lý sắt và mangan trong nước thải của nước oxy
Nhận xét: Từ hình 3.5 ta thấy quá trình oxy hóa sắt trong nước thải bằng dung dịch nước oxy diễn ra nhanh trong điều kiện pH >= 7, hàm lượng sắt trong nước thải giảm nhanh, thậm chí có thể coi như bị oxy hóa hoàn toàn nhưng khả năng oxy hóa mangan vẫn phụ thuộc vào nồng độ pH, nước oxy chỉ ô xy hóa mangan trong nước thải xuống dưới giới hạn cho phép ( Nồng dộ = 1mg/l) khi nồng độ pH ~ 9 . Khi nồng độ pH < 8.5 hàm lượng Mn giảm và bão hòa ở mức dao động trong giới hạn cho phép
3.4 (O3)
Đường chuẩn Mn2+
: y = 0,175x – 0,003 Đường chuẩn tổng Sắt: y = 0,1982x + 0,0019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Cho các dung dịch nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan vào các bình định mức 1000 ml, sau đó điều chỉnh về các giá trị pH trong khoảng 6 đến 8, lấy vào mỗi cốc lọc mỗi cốc 200 ml dung dung dịch nước thải, tiến hành sục khí o zôn trong các khoảng thời gian từ 2 phút đến 20 phút ta thu được kết quả sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.5. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của ô zôn
Thời gian (phút) pH =6 pH = 7 pH = 8 Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) Mn2+ (mg/l) Tổng Fe (mg/l) 0 11.4 8.9 11.4 8.8 11.2 7.6 2 5.4 3.7 5.2 3.6 5.0 3.24 4 4.2 2.5 4.11 2.7 4.36 2.43 6 3.5 1.37 3.37 1.3 3.10 1.3 8 2.6 1.12 2.19 1.0 2.06 0.89 10 1.8 0.6 1.58 0.67 1.84 0.53 12 1.6 0.37 1.43 0.33 1.64 0.28 14 1.8 0.2 1.45 0.2 1.28 0.17 16 2.0 KPHĐ 1.43 KPHĐ 1.21 KPHĐ 18 2.0 KPHĐ 1.47 KPHĐ 1.10 KHHĐ 20 2.0 KPHĐ 1.52 KPHĐ 1.12 KHHĐ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.6. Kết quả xử lý mangan và sắt trong nước thải của ô zôn
Nhận xét: Dựa vào hình 3.6 ta thấy, khả năng ô xy hóa sắt và mangan của ô zôn diễn ra nhanh, hàm lượng sắt và mangan trong nước thải giảm mạnh, tuy nhiên giá trị mangan chỉ giảm đến mức dao động trong ngưỡng cho phép và vẫn nằm trên GHCP trong khi hàm lượng sắt gần như được ozon oxy hóa hoàn toàn.
3.4.4. Tổng hợp kết quả
- Như vậy đối với nước thải chứa hỗn hợp sắt và mangan cao, hàm lượng sắt dễ dàng bị oxy hóa bởi oxy không khí trong điều kiện pH > = 7 và gần như bị ô xy hóa hoàn toàn dưới tác dụng của các chất ô xy hóa mạnh như nước oxy, khí ozon trong điều kiện pH > 6, điều đó thể hiện thông qua biểu đồ :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.7: Khả năng ô xy hóa sắt trong các môi trường Ghi chú:
- GHCP: Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = 5 mg/l.
Đối với hàm lượng Mn, do có sự cạnh tranh của quá trình oxy hóa sắt, hiệu quả hóa mangan bị ảnh hưởng rõ rệt, ngay cả khi sử dụng các chất oxy hóa mạnh :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.8: Khả năng ô xy hóa mangan trong các môi trường Ghi chú: GHCP :
- Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = 1 mg/l.
Dựa vào hình trên ta thấy, khả năng oxy hóa Mangan trong nước có chứa lẫn hàm lượng sắt phụ thuộc nhiều vào giá trị pH, hàm lượng Mn chỉ nằm dưới giới hạn cho phép khi giá trị pH = 8.5-9. Điều này do ảnh hưởng của các yếu tố:
+ Do sự cạnh canh oxy hóa của sắt
+ Do quá trình oxy hóa mangan diễn ra chậm + Mangan dễ bị hòa tan lại khi nồng độ pH giảm.
3.4.5. Đề xuất công nghệ xử lý
Để đáp ứng nhu cầu xả thải của ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, đặc biệt ngành công nghiệp khai thác than hầm lò đang ngày càng gia tăng, việc đề xuất ra một dây chuyền công nghệ trong xử lý nước thải đem lại hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
quả cao là điều hết sức cần thiết đối với các đơn vị, doanh nghiệp nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Yêu cầu đối với hệ thống xử lý sẽ đề ra:
- Quy trình công nghệ đơn giản; - Không tốn nhiều diện tích;
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp; - Hiệu suất xử lý cao
Tác giả đề xuất một số công nghệ xử lý nước thải than hầm lò có chứa hỗn hợp sắt và mangan được đề xuất như sau:
Do quá trình oxy hóa loại bỏ mangan chỉ thực sự hiệu quả trong điều kiện pH = 8.5- 9 mà không cần đến những chất oxy hóa mạnh hay chất xúc tác nên tác giả đề xuất xây dựng trạm xử lý mới theo công nghệ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.9: Sơ đồ đề xuất công nghệ xử lý
Nước thải hầm lò qua song chắn rác để loai bỏ rác thải trước khi được chảy vào Bể điều hòa. Bể điều hòa vừa có chức năng điều hòa lưu lượng, ổn định dòng chảy vừa có chức năng lắng cát loại bỏ hạt lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải. Nước sau bể điều hòa được bơm lên bể phản ứng, tại bể phản ứng, nước thải được nâng pH lên khoảng 9 bằng cách cung cấp vào 1 lượng sữa vôi hoặc dung dịch xút đặc (NaOH), sử dụng bộ đo pH tự động để đảm bảo ổn định giá trị pH, đồng thời, tại đây ta cũng dùng máy nén khí cấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khí vào nước thải để tạo tác nhân oxy hóa. Nước sau bể phản ứng được đưa qua bể khuấy trộn, tại bể khuấy trộn hóa chất keo PAC và trợ keo tụ PA được bơm vào, dưới tác dụng của bộ máy khuấy hóa chất được hòa tan đều trong nước thải. Nước sau bể khuấy trộn tự chảy về bể lắng. Trước hết cho PAC vào để giảm độ nhớt, tăng khả năng hút giữa các hạt có kích thước nhỏ tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn, sau đó cho tiếp PA để tăng khả năng hội tụ của các hạt khi tiếp xúc với nhau tạo thành thể keo tụ lớn, tăng tốc độ lắng đọng. Tại bể lắng, cặn lơ lửng kết thành bông có kích thước lớn, phần lớn lắng đọng xuống đáy bể.
Nước thải sau bể lắng loại bỏ được phần lớn hàm lượng các chất ô