Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, đánh giá được hiện trạng công nghệ, kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải khai thác than tại khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Nguyễn Thu Phƣơng ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI TẠI MỎ THAN ĐÔNG BẮC, TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thu Phƣơng ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI TẠI MỎ THAN ĐÔNG BẮC, TỈNH QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Trần Văn Quy Hà Nội - 2015
MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ i DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. iv MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3 1.1. Tổng quan về hoạt động khai thác than .......................................................3 1.1.1. Các công nghệ khai thác than ...............................................................3 1.1.2. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải khai thác than ..........................5 1.1.3. Ảnh hưởng của nước thải khai thác than với môi trường và sức khỏe con người .............................................................................................................9 1.1.4. Các phương pháp xử lý nước thải khai thác than .............................11 1.2. Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội có liên quan đến hoạt động khai thác than ở tỉnh Quảng Ninh ............................................................13 1.2.1. Điều kiện tự nhiên ...............................................................................13 1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ....................................................................15 1.2.3. Khái quát về khoáng sản than Quảng Ninh .......................................15 1.2.4. Hoạt động khai thác than ở Quảng Ninh ...........................................16 1.2.5. Hiện trạng xử lý nước thải hầm lò trong hoạt động khai thác than ở tỉnh Quảng Ninh................................................................................................17 1.3. Đánh giá công nghệ môi trƣờng ...............................................................24 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................27 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................27 2.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................27 2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển Tổng công ty Đông Bắc ................27
2.1.3. Công nghệ khai thác tại Công ty than Đông Bắc...............................28 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................................................29 2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu, tài liệu thứ cấp .............29 2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa ...........................................29 2.2.3. Phương pháp đánh giá nhanh ............................................................29 2.2.4. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu ..........................29 2.2.5. Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp và so sánh ....................31 2.2.6. Phương pháp đánh giá công nghệ ......................................................31 2.2.7. Phương pháp tính toán ........................................................................35 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................36 3.1. Đánh giá hiện trạng chất lƣợng nƣớc thải hầm lò tại các khu vực nghiên cứu thuộc Tổng công ty Đông Bắc .........................................................36 3.1.1. Chất lượng nước thải hầm lò ..............................................................36 3.1.2. Đánh giá, so sánh chất lượng nước thải hầm lò ................................39 3.2. Đánh giá hiện trạng chất lƣợng nƣớc thải hầm lò đã qua xử lý ...........44 3.2.1. Hệ thống công nghệ xử lý nước thải khai thác than hầm lò tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Đông Bắc, Quảng Ninh .....................................44 3.2.2. Chất lượng nước thải sau xử lý ..........................................................45 3.2.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm lò của các hệ thống công nghệ tại Tổng công ty than Đông Bắc ..............................................................50 3.3. Đánh giá công nghệ xử lý nƣớc thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, thuộc Công ty MTV Thăng Long, Tổng công ty Đông Bắc .............................53 3.3.1. Hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La ..............53 3.3.2. Đánh giá các tiêu chí công nghệ của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La thuộc Công ty TNHH MTV Thăng Long ..............58
3.3.3. Lượng hóa các tiêu chí đánh giá .........................................................70 3.4. Đề xuất giải pháp kỹ thuật cải tiến công nghệ xử lý...............................73 3.4.1. Đề xuất giải pháp sử dụng hợp chất KABENLIS trong quá trình xử lý nước thải hầm lò để giảm giá thành xử lý ...................................................73 3.4.2. Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao công suất và hiệu quả xử lý....75 3.5. Tính toán thiết bị cho hệ thống công nghệ đề xuất.................................78 3.5.1. Bể điều hòa và lắng..............................................................................78 3.5.2. Bể chứa nước sạch sau khử trùng ......................................................79 3.5.3. Khái toán chi phí ..................................................................................79 3.6. Một số giải pháp về quản lý giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do hoạt động khai thác than .....................................................................................81 3.6.1. Giải pháp đối với cơ quan quản lý nhà nước .....................................81 3.6.2. Giải pháp đối với các công ty sản xuất và kinh doanh than thành viên thuộc Tổng công ty Đông Bắc...................................................................82 KẾT LUẬN & KHUYẾN NGHỊ ...........................................................................84 Kết luận .................................................................................................................84 Khuyến nghị .........................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................86 PHỤ LỤC .................................................................................................................88
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) KPH Không phát hiện MTV Một thành viên QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QĐ Quyết định TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc gia TKV Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids) TDS Tổng chất rắn hòa tan (Total Dissolvel Solids) TT Thông tư TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Quốc gia TCVN Tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc gia UCG Khí hóa than dưới lòng đất (Underground Coal Gasification) i
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc tính nước thải một số mỏ than hầm lò điển hình khu vực Quảng Ninh thuộc TKV ...................................................................................................................8 Bảng 1.2. Đặc tính của nước thải mỏ than hầm lò của TKV khu vực Quảng Ninh vào mùa khô và mùa mưa ..........................................................................................9 Bảng 1.3. Đặc điểm nước thải khai thác than hầm lò và tác động đến môi trường ..10 Bảng 1.4. Tình hình áp dụng hệ thống xử lý nước thải trong ngành than Việt Nam tính đến năm 2009 .....................................................................................................18 Bảng 1.5. Hiện trạng hoạt động của các hệ thống xử lý nước thải trong TKV tính đến năm 2009 ............................................................................................................19 Bảng 1.6. Phân loại công nghệ xử lý nước thải hầm lò của các mỏ than ở khu vực Quảng Ninh ................................................................................................20 Bảng 1.7. Lợi ích từ việc đánh giá công nghệ môi trường ......................................25 Bảng 2.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng môi trường nước ...............................................................................................................30 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu và thang điểm đánh giá sự phù hợp của công nghệ xử lý nước thải ............................................................................................................................31 Bảng 2.3. Điều kiện áp dụng đánh giá sự phù hợp của công nghệ xử lý .................35 Bảng 3.1. Chất lượng nước thải hầm lò tại các mỏ (đợt 1, ngày 05/11/2014) ..........36 Bảng 3.2. Chất lượng nước thải hầm lò tại các mỏ (đợt 2, ngày 05/02/2015) ..........37 Bảng 3.3. Chất lượng nước thải hầm lò tại các mỏ (đợt 3, ngày 06/05/2015) ..........37 Bảng 3.4. Chất lượng nước thải hầm lò tại các mỏ (đợt 4, ngày 06/08/2015) ..........38 Bảng 3.5. Chất lượng nước thải hầm lò đã qua xử lý tại các mỏ (đợt 1, ngày 05/11/2014 ) .............................................................................................................45 Bảng 3.6. Chất lượng nước thải hầm lò đã qua xử lý tại các mỏ (đợt 2, ngày 05/02/2015) ...............................................................................................................46 Bảng 3.7. Chất lượng nước thải hầm lò đã qua xử lý tại các mỏ (đợt 3, ngày 06/05/2015) ...............................................................................................................46 Bảng 3.8. Chất lượng nước thải hầm lò đã qua xử lý tại các mỏ (đợt 4, ngày 06/08/2015) ..............................................................................................................47 ii
Bảng 3.9. Thống kê các hạng mục công trình chính của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La ...............................................................................56 Bảng 3.10. Các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La ...................................................................................................................56 Bảng 3.11. Hóa chất, năng lượng được sử dụng trong quá trình xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La .......................................................................................58 Bảng 3.12. Chất lượng nước thải trước, sau xử lý và hiệu suất của trạm xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long, ngày 30/03/2015.................................................................................................................58 Bảng 3.13. Chất lượng nước thải trước, sau xử lý và hiệu suất của trạm xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long, ngày 27/05/2015.................................................................................................................59 Bảng 3.14. Chất lượng nước thải trước, sau xử lý và hiệu suất của trạm xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long, ngày 25/08/2015.................................................................................................................60 Bảng 3.15. Tổng chi phí tiêu thụ điện năng của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long ........................................62 Bảng 3.16. Tổng chi phí sử dụng hóa chất của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long ........................................62 Bảng 3.17. Tổng chi phí nhân công vận hành hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long ........................................63 Bảng 3.18. Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long ........................................64 Bảng 3.19. Lượng hóa tính phù hợp của hệ thống xử lý nước thải hầm lò mỏ Dân Chủ - Quảng La, Công ty TNHH MTV Thăng Long ...............................................70 Bảng 3.20. Khái toán chi phí xây dựng .....................................................................79 Bảng PL 1. Các đơn vị thành viên trực thuộc Tổng công ty than Đông Bắc............88 iii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ phân bố than ở tỉnh Quảng Ninh...................................................16 Hình 1.2. Địa điểm được đề xuất để xây dựng các trạm xử lý nước thải mỏ than bổ sung ở tỉnh Quảng Ninh ...........................................................................................19 Hình 1.3. Hệ thống xử lý nước thải ở cửa lò +40 Xí nghiệp than Cao Thắng ..........21 Hình 1.4. Công nghệ xử lý nước thải cửa lò -25 và +30 mỏ than Mạo Khê.............22 Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cửa lò +38.I và cửa lò +40 Công ty than Dương Huy ................................................................................................................23 Hình 3.1. Giá trị pH trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...........40 Hình 3.2. Hàm lượng TSS trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm .41 Hình 3.3. Hàm lượng Fe tổng trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...................................................................................................................................41 Hình 3.4. Hàm lượng Mn trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ..42 Hình 3.5. Hàm lượng dầu mỡ khoáng trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm....................................................................................................................43 Hình 3.6. Giá trị COD trong nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm .......43 Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải khai thác than hầm lò tại các mỏ than thuộc Tổng công ty Đông Bắc ..................................................................................44 Hình 3.8. Hiệu suất xử lý TSS của hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...........................................................................................................50 Hình 3.9. Hiệu suất xử lý Fe của hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...........................................................................................................51 Hình 3.10. Hiệu suất xử lý Mn của hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...........................................................................................................51 Hình 3.11. Hiệu suất xử lý dầu mỡ khoáng của hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm .......................................................................................52 Hình 3.12. Hiệu suất xử lý COD của hệ thống xử lý nước thải hầm lò tại các mỏ theo từng thời điểm ...................................................................................................53 iv
Hình 3.13. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải khai thác than hầm lò tại mỏ Dân Chủ - Quảng La thuộc Công ty MTV Thăng Long, Tổng công ty Đông Bắc ....................54 Hình 3.14. Dây chuyền công nghệ đề xuất ...............................................................77 Hình PL 1. Tổng thể khu xử lý nước thải hầm lò Dân Chủ - Quảng La................... 89 Hình PL 2. Hố thu nước thải ( Bể gom nước thải) ...................................................90 Hình PL 3. Bể điều lượng.........................................................................................86 Hình PL 4. Ngăn phản ứng keo tụ ............................................................................90 Hình PL 5. Thiết bị lắng Lamenlla...........................................................................86 Hình PL 6. Thiết bị lọc trọng lực tự động................................................................. 90 Hình PL 7. Bể nước sạch sau xử lý...........................................................................87 Hình PL 8. Cống xả ra ngoài môi trường..................................................................91 Hình PL 9. Bể chứa bùn............................................................................................87 Hình PL 10. Sân phơi bùn..................... ....................................................................91 Hình PL 11. Lấy mẫu ở Vị trí trước khi vào trạm XLNT......................................... 91 v
MỞ ĐẦU Tỉnh Quảng Ninh có nhiều lợi thế quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và trở thành một trong những địa phương có sự phát triển năng động nhất ở phía Bắc đất nước trong thời kỳ đổi mới. Đặc biệt, tỉnh Quảng Ninh rất giàu tiềm năng phát triển kinh tế, do có nhiều thế mạnh mà các vùng khác không có được, đó là tài nguyên khoáng sản, cảnh quan và các điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển công nghiệp khai thác khoáng sản, kinh tế biển, du lịch, nuôi trồng thủy - hải sản. Song song với những tiềm năng, triển vọng và thành tựu kinh tế đã đạt được trong nhiều năm qua, Quảng Ninh cũng đang đối mặt với những thách thức không nhỏ về môi trường khi phát triển đồng thời nhiều hoạt động kinh tế - xã hội như khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng, lấn biển xây dựng hạ tầng đô thị và khu công nghiệp, phát triển mạng lưới giao thông thủy bộ và cảng biển, nuôi trồng, đánh bắt, chế biến thủy sản, du lịch, dịch vụ, làm nảy sinh nhiều vấn đề mâu thuẫn giữa các ngành kinh tế làm gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái và hệ tài nguyên sinh vật. Chất lượng môi trường ở một số khu vực trọng điểm đã bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh chóng. Tại Quảng Ninh hoạt động khai thác than đã làm mất đi nhiều cánh rừng là nơi cư trú của các loài động vật, gây ra sự bồi lấp ở các dòng sông, suối, gây ô nhiễm nguồn nước. Hàng năm tại đây hơn 30 triệu m3 nước thải chưa qua xử lý từ hoạt động khai thác than, thải trực tiếp vào môi trường đã làm bẩn nguồn thủy sinh, gây suy thoái tài nguyên, môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến tiềm năng phát triển kinh tế - xã hội và đời sống nhân dân nhiều nơi trong tỉnh. Mặc dù các Công ty khai thác than, trong đó có Công ty than Đông Bắc, đã tiến hành đổi mới công nghệ khai thác than theo hướng sử dụng các loại thiết bị có công suất lớn và phù hợp với quy mô, điều kiện của từng mỏ; giảm chi phí sản xuất; tăng cường công tác đổ bãi thải trong, hạn chế tối đa các ảnh hưởng tiêu cực tới môi 1
trường sinh thái; lắp đặt các hệ thống giảm thiểu ô nhiễm do bụi; đặc biệt là đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Tuy nhiên, cho đến nay những giải pháp này chưa khắc phục được tình trạng ô nhiễm. Do vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài: “Đánh giá công nghệ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh” là cần thiết, nhằm góp phần hạn chế và khắc phục ô nhiễm môi trường nước, đảm bảo sự phát triển bền vững của hoạt động khai thác và sản xuất khoáng sản trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh, góp phần phát triển bền vững không chỉ ngành công nghiệp khai thác than mà còn cả các ngành kinh tế khác của địa phương. Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích, đánh giá được hiện trạng công nghệ, kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải tại mỏ than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải khai thác than tại khu vực nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Khảo sát nguồn gốc, đặc tính nước thải khai thác than hầm lò tại các mỏ thuộc Tổng công ty than Đông Bắc, tỉnh Quảng Ninh; - Khảo sát các hệ thống xử lý nước thải khai thác than hầm lò và đặc tính nước thải khai thác than hầm lò sau khi qua hệ thống xử lý nước thải tại các mỏ thuộc Tổng công ty than Đông Bắc; - Đánh giá công nghệ của hệ thống xử lý nước thải khai thác than hầm lò đang vận hành tại Công ty TNHH MTV Thăng Long; - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý cho hệ thống nghiên cứu; - Tính toán thiết bị và chi phí liên quan cho hệ thống xử lý được đề xuất. 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về hoạt động khai thác than 1.1.1. Các công nghệ khai thác than Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới hoạt động khai thác than được thực hiện bằng 2 công nghệ chủ yếu đó là khai thác hầm lò và khai thác lộ thiên. Ngoài ra, gần đây một số nước đã thử nghiệm trên quy mô công nghiệp việc khai thác than bằng công nghệ khí hóa lỏng dưới lòng đất (UCG).  Công nghệ khai thác than lộ thiên: Đặc điểm nổi bật của hình thức khai thác mỏ lộ thiên là muốn lấy được than thì phải bóc đi một lượng đất phủ trên vỉa và đá bao quanh [1]. Để bóc tách đất đá và khai thác than lộ thiên có thể được tiến hành bằng phương pháp sau: - Bằng phương pháp cơ giới: sử dụng các thiết bị xúc bốc, máy xới; - Bằng đồng bộ công tác khoan nổ mìn; - Bằng phương pháp sức nước: dùng áp lực của dòng nước làm tơi đất đá; - Bằng phương pháp vật lý: dùng dòng điện tần số cao và tần số thấp, phương pháp nhiệt ... Hiện nay, tại các mỏ lộ thiên ở nước ta, chủ yếu áp dụng phương pháp khoan nổ mìn. Năng suất của tất cả các loại thiết bị mỏ và chi phí sản xuất mỏ đều phụ thuộc vào tổ chức và chất lượng của công tác khoan nổ mìn. Việc xúc bốc trên mỏ lộ thiên được tiến hành khi khoan nổ mìn xong. Để phát triển mở rộng mỏ lộ thiên và kéo dài tuổi thọ của mỏ đã áp dụng công nghệ bóc đất đá theo lớp và khai thác chọn lọc để tiết kiệm tài nguyên và nâng cao chất lượng than [1].  Công nghệ khai thác than hầm lò: Quy trình công nghệ khai thác than hầm lò là tập hợp các quá trình mở vỉa và chuẩn bị ruộng than, quá trình khấu than (các biện pháp kỹ thuật để tách than ra khỏi trạng thái nguyên khối trong gương lò thành trạng thái bở rời để vận tải) trong 3
các gương khai thác (phần lộ ra của vỉa than), quá trình vận tải than lên mặt đất và hàng loạt các vấn đề khác như sàng tuyển than, thông gió mỏ, thoát nước, cung cấp vật liệu, máy móc thiết bị và năng lượng, các quá trình công nghệ trên mặt bằng công nghiệp [11]. Công nghệ khai thác than hầm lò có thể được chia thành bốn dạng chính là: công nghệ thủ công, công nghệ bán cơ khí hóa, công nghệ cơ khí hóa toàn bộ và công nghệ tự động hóa [11]. Xu hướng phát triển ngành khai thác hầm lò ở các nước tiên tiến trên thế giới là: - Cơ khí hóa toàn bộ và tự động hóa để khai thác và vận chuyển than; - Tập trung hóa việc điều khiển và kiếm tra công tác của các khu vực và thiết bị sản xuất hầm lò nâng cao tính linh hoạt trong việc điều khiển sản xuất, giảm thời gian chết của thiết bị, giảm nhân lực điều khiển máy móc và thiết bị; - Gắn chặt quá trình khai thác than với nhiệm vụ bảo vệ môi trường để duy trì sự phát triển bền vững; Hiện nay, ngành khai thác than hầm lò Việt Nam còn khá lạc hậu so với các nước tiên tiến. Công nghệ khấu than và đất đá ở các gương lò chủ yếu là thủ công kết hợp với công tác khoan nổ mìn. Trong các gương lò chợ dài các công tác nặng nhọc và tốn thời gian như chống lò, điều khiển áp lực mỏ vẫn phải thao tác thủ công. Tuy nhiên, cho đến nay ngành than hầm lò của nước ta đã cơ khí hóa và bán cơ khí hóa được nhiều khâu công nghệ quan trọng.  Công nghệ khí hóa lỏng dưới lòng đất UCG là công nghệ sản xuất khí tổng hợp bằng phương pháp đốt trực tiếp than ngay trong lòng đất, sản phẩm có thể dùng trực tiếp để phát điện có hiệu suất cao, hoặc để điều chế thành metanol và dầu diesel bằng công nghệ khí hóa lỏng. Bản chất của UCG là biến than dưới lòng đất thành khí tổng hợp và sau đó khai thác 4
khí tổng hợp như khí thiên nhiên. Cơ sở của quá trình biến than dưới lòng đất thành khí tổng hợp là phản ứng oxy hóa của nguyên tố cacbon [16]. Trong phương pháp Fischer -Tropsch, than có thể chuyển hóa thành khí gas sau đó được hóa lỏng. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, người Đức đã tiến hành hóa lỏng than bằng phương pháp Bergius khi trộn lẫn than với khí hydro và đốt nóng. Năm 1976, Tập đoàn NUS (Mỹ) đã triển khai và được cấp bằng sáng chế phương pháp nghiền khô và trộn than với 1% chất xúc tác molypđen. Quá trình hiđro hóa xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra khí tổng hợp và sản phẩm cuối cùng là một dạng nhiên liệu lỏng, như dầu thô, có chứa lượng nhỏ NH3 và lượng đáng kể CO2 [16]. Phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ thấp cũng có khả năng chuyển hóa than thành dạng nhiên liệu lỏng. Than được luyện trong khoảng nhiệt độ 450 ÷ 7000C, thấp hơn so với nhiệt độ cốc hóa luyện kim (800 ÷ 1000°C). Ở nhiệt độ này, nhựa than được tạo ra nhiều hơn và sau đó được chế biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiều quốc gia đánh giá cao UCG là một công nghệ năng lượng sạch tiềm năng có nhiều ưu thế hơn so với điện nguyên tử. Công nghệ này còn có ưu điểm là không sử dụng lao động chịu độc hại và nặng nhọc trong lòng đất; giảm chi phí lớn và các công đoạn phức tạp, không gây ô nhiễm môi trường; cho phép tự động hóa ở mức độ cao; sản phẩm có thể vận chuyển đi xa, cung cấp đến nơi tiêu thụ chỉ đơn giản bằng đường ống [16]. 1.1.2. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải khai thác than Trong quá trình khai thác, nước thải mỏ than được hình thành từ ba nguồn chính: nước thải mỏ hầm lò, nước thải mỏ lộ thiên, nước thải từ các nhà máy sàng tuyển các bãi thải, kho than. Trong đó, nước thải hầm lò có số lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm cao hơn nhiều so với các loại nước thải khác. Nước thải từ các mỏ than được đặc trưng bởi độ pH thấp và nồng độ cao của TSS (dao động từ 50 ÷1000 mg/l, trong đó các hạt có kích thước nhỏ hơn 10 µm chiếm đến 80%), Fe, một số kim 5
loại hòa tan khác (chủ yếu là Fe và Mn), BOD, COD, Coliform (từ nước thải sinh hoạt), dầu mỡ [8]. Nước thải mỏ lộ thiên: chủ yếu là nước để rửa sạch than cũng như khắc phục bụi. Lượng nước thải bơm từ moong lộ thiên tại một số đơn vị khai thác, chế biến than ở Quảng Ninh dao động từ 12 ÷ 15 triệu m³, mỏ Núi Béo 2,8 ÷ 4,8 triệu m3, mỏ Hà Lầm 3 ÷ 4 triệu m3, mỏ Hà Tu 3 ÷ 5,5 triệu m3. Vào mùa khô lưu lượng nước thải nhỏ hơn mùa mưa [6]. Quá trình nước được lưu trong moong, có các điều kiện vật lý, hóa học, sinh học diễn ra đã hình thành một dạng nước có những đặc tính cơ bản cho nước thải mỏ than lộ thiên đó là độ pH thấp (3< pH
giải thích nguyên nhân chính gây ra tính axit và hàm lượng Fe, Mn, SO42- trong nước thải mỏ cao do tạo axit, tạo Fe và Mn của nước thải mỏ. Quá trình tạo axit của nước thải mỏ: Trong quá trình khai thác than, các hoạt động khai thác đã tạo điều kiện cho các vi khuẩn khí có khả năng phân hủy pirit và lưu huỳnh dưới tác dụng của oxi không khí và độ ẩm theo các phản ứng sau: 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 axit cao [4]. Quá trình tạo Fe, Mn của nước thải mỏ: Fe tồn tại trong đất và khoáng chất chủ yếu dưới dạng Fe2O3 không tan và trong quặng Pyrit sắt (FeS2). Một dạng khác của sắt là FeCO3 ít tan. Nước ngầm chứa một lượng đáng kể CO2, nên FeCO3 có thể 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 kị khí, Fe3+ sẽ bị khử thành Fe2+ một cách dễ dàng. Mn 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+ [4]. 7
Tuy nhiên, tại các đường lò đào trong đá, nếu ít liên hệ với các đường lò than thì nước thải ở đây trung tính, nhưng chứa nhiều Fe, Mn do tiếp xúc với đất đá. Cho nên nước thải mỏ than hầm lò có thể mang tính axit hoặc trung tính, nhưng đa phần đều có hàm lượng Fe, Mn, và TSS khá cao. Đặc tính nước thải tại một số mỏ than hầm lò điển hình ở khu vực Quảng Ninh được thể hiện trong Bảng 1.1 và Bảng 1.2. Bảng 1.1. Đặc tính nước thải một số mỏ than hầm lò điển hình khu vực Quảng Ninh thuộc TKV [20] TT Các thông Đơn vị Nƣớc Lò +13 Cửa lò Hầm QCVN số thải mức Vàng +13 bơm -10 40:2011/ -25 Công Danh LộTrí, Khe BTNMT ty Mạo Thống Chàm (cột B) Khê Nhất 1 Nhiệt độ °C 28,2 22,0 - 28 40 2 pH 7,17 6,16 3,83 3,41 5,5 ÷ 9 3 Độ dẫn điện mS/cm 0,98 0,381 1,56 2,82 - 4 Độ đục NTU 382 22 680 2,49 - 5 Độ muối % 0,04 0,01 0,07 0,13 - 6 BOD5 mg/l 3,5 1,5 3,5 2,5 50 7 COD mg/l 28,8 16,0 25,6 44,8 150 8 TDS mg/l 372 306 568 1352 - 9 TSS mg/l 478 52 197 498 100 2- 10 SO4 mg/l 572,5 137,8 478,5 316,5 - 11 Mn mg/l 4,01 1,99 5,06 1,75 1 12 Fe mg/l 4,98 3,72 154,7 25,76 5 13 Hg mg/l 0,00034 0,00019 0,00025 0,00007 0,01 14 Pb mg/l 0,00450 0,00174 0,02372 0,00121 0,5 15 As mg/l 0,00236 0,0105 0,0223 0,0069 0,1 16 Cd mg/l 0,0231 0,00247 0,00319 0,00198 0,01 8
Bảng 1.2. Đặc tính của nước thải mỏ than hầm lò của TKV khu vực Quảng Ninh vào mùa khô và mùa mưa [19] STT Các thông số Đơn vị Mùa khô Mùa mƣa QCVN 40:2011/ BTNMT (cột B) 1 pH 3,5 ÷ 5,5 4 ÷ 6,5 5,5 ÷ 9 2 Fe mg/l 2 ÷ 15 0,5 ÷ 5,5 5 3 Mn mg/l 1,5 ÷10 0,5 ÷ 7,5 1 4 TSS mg/l 50 ÷ 300 150 ÷ 500 100 Để đánh giá ô nhiễm nước thải mỏ và đề xuất công nghệ xử lý phải căn cứ vào các chỉ tiêu vật lý, hóa học và sinh học như: độ pH, TSS, COD, BOD, hàm lượng kim loại. Các giá trị của những chỉ tiêu này được so sánh với giá trị giới hạn cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40: 2011/BTNMT). 1.1.3. Ảnh hưởng của nước thải khai thác than với môi trường và sức khỏe con người Hầu hết các đơn vị khai thác, sàng tuyển và chế biến đều thải ra một lượng nước thải rất lớn. Đặc biệt, các hoạt động khai thác than đều nằm trong các khu vực có hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái các lưu vực và nằm xen kẽ các khu dân cư [18]. Do đặc thù của loại hình khai thác nên nước thải hầm lò bị axit hóa mạnh, có hàm lượng các kim loại như Fe, Mn, Cu, Zn do việc sử dụng các dung dịch tuyển. Các nguồn thải này nếu không được xử lý cộng với lượng mưa lớn tạo ra dòng chảy bề mặt đổ thải trực tiếp vào nguồn nước mặt là các sông suối, ao hồ chứa nước sẽ gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. Hậu quả đối với môi trường nước do ô nhiễm bởi dòng thải axit hoặc các nguyên tố vết độc hại là rất lớn. Các kim loại nặng, có thể chỉ một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây ra những nguy hiểm đối với sức khỏe con người và đời sống thủy sinh. Sự ô nhiễm nước ngầm hoặc nước mặt có thể dẫn đến mất đi những giá trị sử 9
dụng hữu ích như cung cấp nước uống, thủy sản, tưới tiêu và tài nguyên hoang dã. Các vực nước ngầm có thể thông thủy với nguồn nước mặt hay nước ngầm ở gần đó và có thể sẽ gây ô nhiễm cho các khu vực này [21]. Mức độ ô nhiễm hóa học của các nguồn nước xung quanh khu mỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm thân quặng, thành phần thạch học và độ bền vững của đất đá chứa quặng, phương pháp và trình độ công nghệ khai thác, chế biến quặng, biện pháp quản lý và xử lý chất thải. Ngoài ra do TSS trong nước thải, hệ sinh thái thủy vực sẽ bị bao phủ bởi các lớp bùn phù sa, đất xói mòn. Đồng thời, các sông suối, cửa biển và các công trình chứa nước sẽ bị xuống cấp và hư hại nghiêm trọng do bị lấp đầy bùn, đất cát thải. Khi đáy các hồ, sông suối cao hơn cốt tự nhiên từ 2 ÷ 10m sẽ làm thay đổi dung tích, lưu lượng và hướng dòng chảy tự nhiên [21]. Đặc điểm nước thải khai thác than hầm lò và tác động của chúng đến môi trường được thể hiện trong Bảng 1.3. Bảng 1.3. Đặc điểm nước thải khai thác than hầm lò và tác động đến môi trường Chỉ tiêu Thông số đặc trƣng Giá trị Tác động đến môi trƣờng (mg/l) pH H2SO4 2÷4 Hòa tan kim loại Fe Fe3+, Fe2+, 100 ÷ 3000 Gây đục và màu nước, tăng Hydroxide sắt và pH, làm oxy hóa và kết tủa Fe2O3 sắt Kim loại Mg, Cu, Cd, Zn, Pb, 1 ÷ 200 Thay đổi thành phần động nặng Hg, As thực vật và làm giảm chất lượng nước Tổng chất Ca, Mn, Al, SO42- 100 ÷ Làm giảm chất lượng nước rắn 30.000 (Nguồn: Silvas, F. P. C., 2010. Biotecnologia aplicada a drenagem ácida de minas, São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo) 10