Một số biện pháp xử lý dòng thải axit trong hoạt động hoàn thổ phục hồi môi trường

Dòng thải axit bao gồm các dòng thải được gọi là dòng thải axit mỏ (Acid Mine Drainage - AMD), dòng thải đá axit (Acid Rock Drainage - ARD), hoặc dòng thải axit được hình trong tự nhiên do sự ôxy hoá các khoáng giàu sulphua. Nếu dòng thải này không được thu gom và không được xử lý thì nước thải axit có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm cũng như nguồn nước mặt. Do đó sẽ tác động tới thảm thực vật, động vật hoang dã, động vật thuỷ sinh và cả con người. Dòng thải axit mỏ không chỉ được chuyển hoá từ quặng đuôi chứa sunphua mà còn thường được tạo ra do đá thải chứa lưu huỳnh. Loại chất thải này thường là những đống đá cao, tạo điều kiện lý tưởng để thúc đẩy sự hình thành axit do chúng thoáng khí tốt và phù hợp với quá trình thấm tự nhiên.

Việc quản lý dòng thải axit mỏ có thể là một thành phần có chi phí lớn nhất trong bất kỳ một kế hoạch hoàn thổ nào. Đáng tiếc là không có một giải pháp đơn giản nào. Các phương pháp quản lý dòng thải axit sẽ được thảo luận theo các chủ đề sau:
·       Lập kế hoạch ban đầu;
·       Xử lý vĩnh viễn;
·       Ngăn chặn hoặc giảm tốc độ oxy hoá;
·       Loại bỏ chất thải ngay từ mỏ;
·       Lấp bùn quặng đuôi trở lại hầm khai thác;
·       Xử lý sinh học các dòng thải ra;
·       Kết hợp thải bỏ quặng đuôi và đá thải.
1. Lập kế hoạch ban đầu
Để công tác hoàn thổ mỏ đạt hiệu quả và giảm bớt chi phí thì lập kế hoạch là một phần không thể thiếu. Phương pháp tốt nhất được biết đến để ngăn chặn quá trình oxy hoá là để ngập nước. Tuy nhiên, có nhiều hồ chứa quặng đuôi và bãi chứa chất thải đang sử dụng không dễ dàng được ngập nước hoàn toàn, thậm chí là một phần. Trong bất kỳ trường hợp nào, việc nâng cao mức nước trong bãi thải sẽ làm giảm bớt lượng vật liệu có khả năng phát sinh axit và đó là một giải pháp ngăn chặn sự hình thành axit.
 

Dòng thải axit mỏ tại mỏ thiếc Rio - Tây Ban Nha

Bùn lắng từ các bãi thải xử lý bằng vôi và các chi phí đóng cửa mỏ, nếu không được lập kế hoạch hợp lý, có thể phải mất chi phí lớn hơn rất nhiều các chi phí xây dựng và vận hành lúc đầu. Vì thế, trong khi lập kế hoạch hoạt động ban đầu nên xác định vị trí có thể thiết kế thải bỏ quặng đuôi ngập nước mặc dù nó có thể xa hơn đối với vị trí mỏ, nhưng sẽ giảm được chi phí hoàn thổ sau này.
Dưới đây là các biện pháp thực hiện trong quá trình hoạt động có thể ngăn chặn sự oxy hoá và hình thành axit trong bãi thải:
- Đất đá thải có thể được nén lại để giảm độ xốp rỗng, do đó có thể ngặn chặn sự xâm nhập của oxy và hơi nước.
- Các lớp đất sét hoặc vật liệu chống thấm có thể được chèn vào các bãi thải đất đá. Các lớp đất này sẽ ngăn chặn sự xâm nhập của oxy và hơi nước, hướng sự thoát nước chảy quanh chu vi bãi thải và do đó tăng hiệu quả xử lý dòng thải ra.
- Đối với các chất thải dễ hình thành phản ứng hóa học với môi trường, có thể sẽ phải cần nhiều lớp phủ chống thấm. Phủ chống thấm thường rất đắt, vì thế nên tối đa hoá độ sâu của bãi thải để giảm diện tích bề mặt cần được bao phủ.
- Đặt vật liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh cao tại những vùng trũng của hồ chứa quặng đuôi để chôn lấp và phủ ngập nước chúng.
- Phải thiết kế và quản lý một cách cẩn thận kết cấu bãi thải, không để chiếm quá nhiều diện tích đất.
- Để hạn chế sự phát tán rộng của chất thải sinh axit, chất thải dùng để xây dựng đường xá, đập ngăn và tường bao phải được làm sạch và không chứa vật liệu sinh axit. Do đó, tính chất của đất đá thải phải được phân tích trước khi sử dụng.
2. Xử lý vĩnh viễn
Theo cách tiếp cận này thì các hồ chứa quặng đuôi và đất đá thải được xây dựng với mục đích thu gom các dòng chảy bị ô nhiễm và xử lý triệt để. Các kỹ thuật cải tạo đất truyền thống, như trồng cây xung quanh để ổn định bề mặt, không chỉ rất hạn chế trong việc giảm bớt sự hình thành axit mà còn có thể bị tác động bởi sự hình thành axit. Nếu có thể giảm sự thấm nước, giảm sự rò rỉ thì sẽ không phải xử lý nhiều và do đó giảm được chi phí. Nếu một khối lượng khổng lồ các chất thải được tạo ra thì cách xử lý vĩnh viễn này có thể rất đắt. Nó chỉ thích hợp với khối lượng chất thải nhỏ.
Một khối lượng vôi lớn dùng để trung hoà axit sẽ tạo ra một khối lượng lớn bùn thải có hàm lượng chất rắn thấp. Khi dòng thải axit được trung hoà, các hydroxyt kim loại và thạch cao kết tủa tạo ra bùn có hàm lượng chất rắn từ 3% đến 10% khối lượng. Lượng bùn này có thể được làm đặc bằng thiết bị lọc hay các thiết bị nén bùn truyền thống để giảm thể tích. Do đó, nó có thể được trộn lẫn với quặng đuôi và càng nhiều hydroxyt kim loại ổn định về mặt hoá học thì chúng sẽ càng giúp ổn định quặng đuôi. Tuy nhiên, đây là một công đoạn chi phí khá cao và trên thực tế, thể tích bùn có thể còn cao hơn quặng đuôi tại những nơi xử lý vĩnh viễn. Mặc dầu vậy nó vẫn là lựa chọn quản lý kinh tế nhất đối với một số mỏ.
3. Ngăn chặn hoặc giảm tốc độ oxy hoá
Loại bỏ hoàn toàn sự phát sinh axit là không thể làm được, mà chỉ có thể đưa ra một số biện pháp nhằm giảm tốc độ oxy hoá. Tốc độ oxy hoá càng thấp càng ít gây ra các tác động môi trường tiềm ẩn, chi phí quản lý hàng năm trong quá trình hoạt động và sau khi đóng cửa mỏ càng thấp.
Dưới đây là một vài phương pháp sử dụng để ngăn chặn sự hình thành axit:
·       Thải bỏ ngập nước;
·       Phủ lớp chống thấm;
·       Phủ lớp thấm khô;
·       Phủ nước;
·       Xử lý hoá học;
·       Phun bùn/quặng đuôi;
·       Đệm kiềm.
4. Di chuyển chất thải  
Chất thải sinh axit có thể có thể được chuyển tới các khu vực ngoài mỏ đã kết thúc khai thác và bị ngập lụt. Việc này phải được lập kế hoạch cẩn thận. Đá thải có thể được thải bỏ trong các moong khai thác lộ thiên bỏ trống và quặng đuôi có thể được thải trong các hầm khai thác ngoài mỏ không còn hoạt động nữa. Tuy nhiên, phương pháp này bị hạn chế là không thể thực hiện được cho tới khi kết thúc khai thác. Khi kết thúc khai thác thì các chủ mỏ cũng sẽ gặp những vấn đề về xoay vốn để thực hiện công tác di dời và hầu hết các thiết bị cần thiết cũng đã được chuyển đi. Hơn nữa, trong thời gian đợi di chuyển, vẫn phải thực hiện các biện pháp nhằm kiểm soát sự hình thành axit trong quá trình hoạt động của mỏ.
5. Sử dụng quặng đuôi để lấp hầm mỏ
Trong khi lập kế hoạch sơ bộ, phải luôn luôn xem xét khả năng sử dụng quặng đuôi để lấp lại các hầm khai thác. Thông thường, phần quặng đuôi thô được tách riêng ra và để lấp ngập nước. Tuy nhiên, gần đây người ta sử dụng toàn bộ quặng đuôi để ngập nước như một vật liệu để lấp các hầm khai thác. Để đảm bảo an toàn, người ta bổ sung thêm ximăng vào để đông cứng tại các vị trí gần mỏ đang hoạt động.
Ưu điểm của phương pháp này là vật liệu sử dụng không thấm nước, ngăn chặn quá trình oxy hoá cũng như tạo ra một kết cấu vững chắc dưới mặt đất. Mặt khác, sẽ sử dụng trên 60% quặng đuôi nên giảm bớt một khối lượng lớn vật liệu phát sinh axit trên bề mặt. Công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, nhưng nó có thể là một lựa chọn mang lại lợi ích kinh tế.
6. Xử lý sinh học
Xử lý sinh học là công nghệ khá mới mẻ. Các vùng đất ngập nước là hạ nguồn của các chất thải sinh axit là nơi có thể cung cấp các tác nhân sinh học. Quá trình sinh học, bao gồm thực vật và tảo, không ngăn chặn sự hình thành axit mà thực hiện các quá trình sinh hoá nhằm tiêu thụ axit và các kim loại.
Canmet (Canada) đã thực hiện các nghiên cứu mở rộng trên các vùng đất ngập nước. Kết quả cho thấy các vi khuẩn đã tiêu thụ axit, do đó khử hoá học sunphat thành hydro sunphua, hydro sunphua phản ứng với các kim loại tạo ra các kết tủa không tan và có thể thu hồi được. Xử lý sinh học không phải là một giải pháp đơn lẻ. Nó không ngăn chặn sự hình thành axit mà loại bỏ các chất ô nhiễm trong dòng thải axit và có thể thu hồi các chất ô nhiễm này.
Nghiên cứu sinh học này vẫn còn khá mới mẻ và chưa khẳng định được hiệu quả. Ở những vùng khí hậu lạnh hơn thì tốc độ phản ứng phải được xem xét trước khi áp dụng rộng rãi các phương pháp sinh học này. Do đây là một phương pháp ít tốn kém nên hãy luôn xem xét nó trong môi trường khí hậu phù hợp, và sử dụng kết hợp với các phương pháp khác để nâng cao chất lượng nước tại các mỏ có dòng thải axit.
7. Kết hợp thải bỏ quặng đuôi và đất đá thải
Kết hợp thải bỏ quặng đuôi và đất đá thải có thể thực hiện ở những nơi có nhiều đất đá thải. Về mặt lý thuyết, độ rỗng xốp của đất đá thải sẽ bị giảm xuống và do đó ngăn cản sự xâm nhập của oxy và nước. Ngoài ra còn duy trì được lượng nước cao trong bãi thải do giảm quá trình thấm. Các yếu tố này sẽ giảm bớt tốc độ hình thành axit.
Quặng đuôi có thể được xử lý khô hoặc nước. Mô hình hoá các hệ thống quản lý dòng thải ra trước khi quyết định xem kỹ thuật nào có chi phí hiệu quả nhất.
8. Các phương pháp khác
Quặng đuôi có thể được tái chế lại, nhất là khi xác định được giá trị kinh tế của nó. Thông thường, các bãi thải quặng đuôi cũ chứa các khoáng có giá trị với tỷ lệ phần trăm cao mà các công ty khai thác trước đó đã không thu hồi. Công nghệ mới ngày nay có thể được sử dụng để thu hồi các khoáng này.
Ngoài ra, người ta có thể bổ sung thêm đá vôi vào công đoạn nghiền để trộn đều đá vôi với quặng đuôi, sunphua sẽ phản ứng với đá vôi và ngăn chặn sự hình thành axit

KS. Đinh Văn Tôn