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

Các phương pháp xử lý nước thải khai thác than .............................11

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



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.

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.
3.4.

Lượng hóa các tiêu chí đánh giá .........................................................70

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.
3.5.

Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao công suất và hiệu quả xử lý....75

Tính toán thiết bị cho hệ thống công nghệ đề xuất.................................78

3.5.1.

Bể điều hòa và lắng..............................................................................78



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


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 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 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.

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:


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

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
FeCO3 +CO2 + H2O  Fe2+ + HCO3Phản 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

số

1

Nhiệt độ

2


LộTrí,

Khe

BTNMT

ty Mạo

Thống

Chàm

(cột B)

Khê

Nhất

28,2

22,0

-

28

40

7,17


2,49

-

5

Độ muối

%

0,04

0,01

0,07

0,13

-

6

BOD5

mg/l

3,5

1,5


306

568

1352

-

9

TSS

mg/l

478

52

197

498

100

mg/l

572,5

137,8


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


0,1

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



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


Thông số đặc trƣng

Giá trị

Tác động đến môi trƣờng

(mg/l)
pH

H2SO4

2÷4

Fe

Fe3+, Fe2+,

100 ÷ 3000

Hydroxide sắt và

Mg, Cu, Cd, Zn, Pb,

nặng

Hg, As

Gây đục và màu nước, tăng
pH, làm oxy hóa và kết tủa

1.1.4. Các phương pháp xử lý nước thải khai thác than
Hiện nay, trên thế giới nước thải mỏ than được xử lý chủ yếu bởi các phương
pháp sau:
 Sử dụng mương đá vôi yếm khí kết hợp với đầm sinh học
Hệ thống được tạo ra bằng cách đưa đá vôi vào trong các đường ống đã rút
hết oxy. Nước thải mỏ sau đó được dẫn vào các đường ống. Tại các đường ống,
kiềm được giải phóng. Sau đó, dòng nước thải mỏ đi qua đá vôi được đưa qua hệ
thống sục khí, ao hoặc đất ngập nước hiếu khí. Tại đó, các kim loại nặng sẽ bị oxy
hóa, kết tủa và được loại bỏ. Đá vôi là nguyên liệu với chi phí thấp để tạo kiềm. Tuy
nhiên, để sử dụng đá vôi hiệu quả, cần điều kiện môi trường thích hợp về diện tích
các lưu vực đủ lớn, đồng thời có các loại thực vật phù hợp để xử lý các chất ô
nhiễm [22].
 Rào chắn hoạt tính thấm nước
Rào chắn hoạt tính thấm nước bao gồm một hệ thống có khả năng thấm nước
chứa nguyên liệu hoạt tính được đặt chắn dòng nước thải. Vật liệu hoạt tính bao
gồm ZVI, đá vôi, hợp chất compost, zeolit, than hoạt tính và apatit. Công nghệ áp
dụng xử lý hiệu quả các thành phần khác nhau bao gồm cả các hạt nhân phóng xạ,
kim loại và các anion. Các kim loại như crom, niken, chì, uranium, tecneti, sắt,
mangan, đồng, coban, cacdimi và kẽm. Các anion bao gồm sunfat, nitrat, photphat.
Hiệu suất có thể giảm do quá trình tắc nghẽn, do đó cần loại bỏ các kết tủa trong
quá trình bảo trì hệ thống. Chi phì bảo trì hệ thống ít thường bảo trì sau 10 năm hoạt
động [22].
 Phương pháp trung hòa
Phương pháp trung hòa nước thải làm cho một số muối kim loại nặng lắng
xuống và tách ra khỏi nước. Tùy yêu cầu cụ thể, có thể sử dụng các loại nước thải
chứa axit và kiềm khác nhau để trung hòa lẫn nhau [17].

11



Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải mỏ được áp dụng tại các mỏ than ở Việt
Nam có sự thay đổi lớn theo hướng ngày càng tiến bộ và hiện đại, từ hố lắng kết
hợp sữa vôi đến phương pháp hoá - lý và lọc cơ học có áp lực [20].
Một số công nghệ hiện đang được sử dụng:
-

Lắng bằng trọng lực, kết hợp chất keo tụ: Để xử lý TSS. Hệ thống xử lý này
đơn giản và được áp dụng rộng rãi để xử lý sơ bộ nước thải mỏ.

12


-

Dùng sữa vôi, kết hợp với chất keo tụ: Công nghệ này được áp dụng rộng rãi ở
các mỏ than để xử lý nước bị axit hóa và TSS do chi phí thấp và mang hiệu quả
kinh tế, kỹ thuật trong quá trình xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

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

1.2.1. Điều kiện tự nhiên


Vị trí địa lý
Quảng Ninh là một tỉnh biên giới, nằm phía đông bắc của Tổ quốc, vừa có

phần đất liền rộng lớn với diện tích 5938 km2, vừa có vùng hải đảo với hàng nghìn

trong năm. Trung bình mỗi năm Quảng Ninh chịu ảnh hưởng của 5 ÷ 6 cơn bão, gây
ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất của các ngành kinh tế mà đặc biệt là ngành
khai thác và chế biến than trên địa bàn tỉnh.


Thủy văn
Các sông của Quảng Ninh phần lớn là nhỏ, ngắn, dốc có tính chất cuồng lưu,

khả năng điều tiết yếu và chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều. Phù hợp với chế độ
mưa, chế độ sông ngòi cũng có 2 mùa rõ rệt. Mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 9, tập
trung vào các tháng 6, 7, 8. Mùa cạn từ tháng 9 đến tháng 4, cạn nhất vào tháng 3.
Quảng Ninh không có những hồ tự nhiên lớn, nhưng lại nhiều hồ và đập nhỏ. Toàn
tỉnh có 75 hồ, đập trong đó có nhiều hồ có giá trị trong sản xuất và sinh hoạt.


Sinh vật
Rừng Quảng Ninh phân bố ở những địa bàn hình thấp, dễ khai thác. Rừng

nguyên sinh hầu như không còn nhiều, mà chủ yếu là kiểu rừng thứ sinh. Độ che
phủ rừng hiện nay chỉ còn 32%, chủ yếu là rừng thứ sinh và rừng trồng. Quảng
Ninh còn có diện tích lớn rừng ngập mặn với các loài cây điển hình như sú, vẹt,
đước. Động vật biển của Quảng Ninh vô cùng phong phú với nhiều loại có giá trị
kinh tế cao.


Tài nguyên thiên nhiên
Quảng Ninh là một trong những tỉnh giàu tài nguyên thiên nhiên nhất cả

nước. Tài nguyên khoáng sản nổi bật ngoài than đá còn có: quặng sắt, đá chứa dầu


15