Bauxite Việt Nam

MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ XỬ LÝ HỒ CHỨA BÙN ĐỎ

PGS. TS. Nghiêm Hữu Hạnh

1. Đặt vấn đề

Theo công nghệ của Chalieco, để sản xuất 1 tấn alumina (nhôm oxit), phải khai thác trên 2 tấn quặng bauxite và thải ra khoảng 1,5 tấn bùn đỏ ướt. Tính toán của nhiều tác giả [1] cho thấy, tại dự án Nhân Cơ, sau 15 năm khai thác, khối lượng bùn đỏ lên tới 8,7 triệu m³, tại dự án Tân Rai, một năm thải ra 0,8 triệu m³, cả đời dự án Tân Rai thải khoảng 80-90 triệu m³ bùn đỏ. Từ năm 2015, trung bình mỗi năm dự án bauxite Tây Nguyên thải ra khoảng 6 triệu m³ bùn đỏ. Nếu thực hiện tất cả các dự án, khối lượng bùn đó được lưu giữ vĩnh viễn trên Tây Nguyên là trên 1 tỷ m³, gần tương đương dung tích hồ Yaly, bằng 1/3 hồ Trị An và bằng 2,5 dung tích hồ Kẻ Gỗ.

Bùn đỏ là một chất thải sau xử lý tách lọc tinh quặng chứa hàm lượng lớn xút (natri hydroxit: NaOH), một chất độc hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái động thực vật. Đã có một số nghiên cứu xử lý nhằm trung hòa bùn đỏ hoặc sử dụng bùn đỏ vào cải tạo đất chua, vào sản xuất vật liệu xây dựng... Tuy nhiên, mức độ ứng dụng còn hạn chế. Hiện nay, giải pháp chôn lấp vẫn được sử dụng rộng rãi nhất ở nhiều nước trên thế giới. Việc chôn lấp hàng trăm triệu m³ bùn đỏ độc hại ở cao trình +600-700m tại vùng đầu nguồn của các hệ thống sông Đồng Nai và Serepok là một sự đe dọa trực tiếp, lâu dài đối với hệ môi trường sinh thái và an ninh quốc gia. Bởi vậy, các hồ chứa bùn đỏ phải bảo đảm an toàn tuyệt đối. Trong bài viết ngắn này, tác giả phân tích một số khía cạnh để cùng nhìn nhận thấu đáo hơn về ảnh hưởng của hồ chứa bùn đỏ đến môi trường sinh thái.

2. Một số vấn đề về an toàn hồ chứa bùn đỏ

2.1. Ổn định đập

Để ngăn bùn đỏ chảy về phía hạ lưu, cần xây dựng đập chắn bùn. Vật liệu đắp đập thường là đất được lấy tại địa phương. Đập này phải được thiết kế và xây dựng bảo đảm không xảy ra sự cố nguy hiểm trong quá trình tồn tại vĩnh viễn. Trong vài chục năm qua, chúng ta đã xây dựng trên 3.000 đập đất, trong đó, khoảng 460 đập có dung tích chứa trên 1 triệu m³ nước. Thống kê trên 100 đập có dung tích chứa từ 5 triệu m³ trở lên cho thấy dạng mất ổn định về sạt, trượt mái hạ lưu chiếm khoảng 35%, mất ổn định thấm khoảng 25%, tổng cả hai loại sự cố trên chiếm khoảng 60%. Nguyên nhân của các dạng mất ổn định nêu trên chủ yếu là do chất lượng thi công và chất lượng đất đắp. Trong các sự cố đập đã nêu, nhiều đập được xây dựng ở Tây Nguyên và đất đắp là đất bazalt.

Số liệu nêu trên cho thấy tỷ lệ sự cố đối với đâp đất là rất lớn. Điều này không những chỉ đúng với Việt Nam mà còn phù hợp với nhiều nước trên thế giới. Nó đáng được quan tâm, tham khảo khi xây dựng nhiều hồ chứa bùn đỏ trên Tây Nguyên. Vì bùn đỏ là chất độc hại nên đập chắn phải được thiết kế và xây dựng bảo đảm an toàn tuyệt đối, nghĩa là không cho nước tràn qua mặt đập, không cho phép sạt trượt mái đập, không cho phép có dòng thấm qua nền và thân đập.

Sự cố nước tràn qua mặt đập

Các hồ chứa nước thường được kết cấu đập tràn, một loại đập có chức năng cho nước tràn qua vào mùa lũ nhằm không cho nước tràn qua đập đất. Nếu nước tràn qua đập đất thì đây là một tai họa vì khả năng vỡ đập là rất cao. Đố với đập chứa bùn đỏ do không có đập tràn nên để xác định chiều cao đập cần sự nghiên cứu, tính toán thủy văn rất thận trọng. Đặc biệt, khi lượng mưa ở Tây Nguyên rất lớn (2.000-2.500 mm/năm), rất tập trung (trong vòng vài ba tháng). Hơn nữa, do biến đổi khí hậu, tính cực đoan của diễn biến thời tiết có xu hướng gia tăng và đôi khi không theo quy luật. Do đó rủi ro nước tràn qua đập của hồ chứa bùn đỏ là một mối đe dọa thường trực và không loại trừ những tình huống bất khả kháng.

Sạt, trượt mái đập

Đập của hồ chứa bùn đỏ, có thể, sẽ được xây dựng theo phương pháp đầm nén, nghĩa là lấy đất ở một bãi đất nào đó đủ điều kiện cho đất đắp đập, đưa về vị trí xây đập, rải thành các lớp mỏng 0,4-0,5m. Lúc này, đất đã bị phá vỡ cấu trúc và rời rạc hoàn toàn. Nhờ thiết bị đầm, lớp đất này được đầm chặt đến mức độ cần thiết do thiết kế đưa tra, sao cho đất sau khi đầm có được các thông số bền, biến dạng và thấm cần thiết. Các thông số này cùng với kích thước mặt cắt ngang sẽ bảo đảm cho đập không bị mất ổn định đối với sạt, trượt và thấm. Tuy nhiên, ở các công trình thủy lợi các sự cố trên vẫn rất thường xảy ra (trung bình cứ trong 3 đập thì có 1 đập có sự cố). Đối với đập chứa bùn đỏ, nếu chất lượng thiết kế tốt, chọn được bãi vật liệu chất lượng tốt, thi công bảo đảm chất lượng thì sẽ bảo đảm được ổn định đối với sạt, trượt và thấm.

Dòng thấm qua đập

Cần phân biệt vấn đề dòng thấm qua đập với mất ổn định thấm. Các đập đất hoặc đập bê tông đều có dòng thấm chảy qua đập vì hệ số thấm của đất đắp khoảng 10^-2 -10^-3m/ng-đ (ngày-đêm), của bê tông khoảng 10^-4m/ng-đ. Nghĩa là, trong đập đất, qua 24 giờ nước đi được từ 10 đến 1mm. Còn ổn định thấm được coi là khả năng của đập giữ được cấu trúc và hình dạng ban đầu dưới tác dụng của dòng thấm. Mất ổn định thấm thường thể hiện ở sự thẩm lậu, sự sệ mái, sự xuất hiện các dòng nước tập trung ở mái đập. Như vậy, nếu được thiết kế và xây dựng bảo đảm kỹ thuật thì đập chắn bùn đỏ có thể thỏa mãn điều kiện ổn định thấm, nhưng việc ngăn chặn dòng thấm qua đập là một việc không khả thi (kể cả đập được xây bằng bê tông).

2.2. Thấm nước từ hồ chứa bùn đỏ

Để các chất độc hại có trong bùn đỏ không ảnh hưởng đến nước mặt và nước dưới đất, các chuyên gia đặc biệt quan tâm tới vấn đề thấm nước của hồ chứa. Thấm ở hồ chứa được thể hiện ở thấm từ nền đập, thấm qua vai đập-nơi đập tựa vào 2 vách đồi và thấm từ đáy hồ. Trong trạng thái tự nhiên, đất nền ở Tây Nguyên có hệ số thấm khoảng 0,10-10-²m/ng-đ. Nếu không được xử lý chống thấm nghiêm ngặt, những chất độc hại từ bùn đỏ xâm nhập vào môi trường đất và nước vùng phụ cận trên Tây Nguyên là điều hiển nhiên.

Để chống thấm cho hồ chứa các chất thải, những năm gần đây, kinh nghiệm của thế giới là dùng một loại vải chống thấm, được gọi là geomembrane. Thông thường, công nghệ xử lý như sau: trải một lớp đất lót, thường là sét, được đầm chặt đến độ chặt lớn nhất; trải lớp vải geomembrane; trên đó là một lớp cát hoặc vải geotextile có chức năng thu nước thải để bơm hoặc tự chảy ra ngoài. Trong trường hợp ở Tây Nguyên, theo báo cáo của TKV và Bộ Tài nguyên -Môi trường [1], thì trên lớp geomembrane là một lớp đất sét nữa, điều này được đưa ra với mong muốn tăng cường chống thấm cho đáy hồ. Vì hệ số thấm của đất nguyên trạng ở Tây Nguyên là khá lớn nên lớp đất đặp đáy hồ này chỉ có thể đạt được hệ số thấm vào khoảng10^-3m/ng-đ. Điều đó có nghĩa là, so với thời gian tồn tại lâu dài của hồ chứa bùn đỏ thì các lớp đất sét gia cường chống thấm này không có giá trị gì. Để nước thải độc hại trong hồ không bị ngấm ra môi trường xung quanh, sự ổn định của lớp geomembrane là yếu tố quyết định.

Geomembrane, thông thường, được sản xuất từ PVC, LLDPE và HDPE..., là những chất dẻo tổng hợp. Geomembrane đã được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu chống thấm của hồ, đập. Ưu điểm của loại vải này là mềm, dẻo, có cường độ chống kéo, chống cắt, chống xuyên thủng cao, hệ số thẩm thấu nhỏ, vào khoảng 10^–8m/ng-đ [3,4]. Geomenbrane được sử dụng làm vật liệu chống thấm cho các hồ chứa rác thải, chất thải công nghiệp và chất thải phóng xạ từ những năm cuối của thế kỷ trước. Để đánh giá độ bền của geomembrane với hóa chất, người ta thực hiện các phép thử [4, 6]. Thông thường, thời gian thử chỉ kéo dài từ 30 ngày đến 60 ngày. Những kết quá đó chỉ phù hợp khi dùng các loại vải này làm vật liệu chống thấm trong thời gian ngắn hạn. Geomembrane mới được sử dụng từ khoảng vài chục năm trở lại, hơn nữa, kinh nghiệm sử dụng cho các chất thải quặng còn chưa nhiều. Theo [7] nó chỉ có thể tồn tại được trong vòng 50-100 năm . Lời khuyên từ những nghiên cứu của một số tác giả [4, 6] là đối với môi trường chứa NaOH không nên sử dụng geomembrane hoặc chỉ sử dụng trong một thời gian ngắn. Nếu thời gian tương tác giữa các chất ăn mòn với geomembrane kéo dài, thì geomembrane sẽ bị phá hủy do ăn mòn hóa học. Nghiên cứu cho thấy sức chịu kéo của geomembrane chỉ còn 60% sau 1 năm tác dụng với NaOH [6].

Từ nhận định của nhiều chuyên gia, chúng tôi thấy geomembrane có thể chống thấm tốt nhưng sẽ bị phá hủy do sự ăn mòn của nước NaOH sau một thời gian nhất định. Điều đó cho thấy bài toán chống thấm triệt để cho hồ chứa bùn đỏ có thể là không khả thi.

3. Kết luận

Từ một số phân tích nêu trên có thể nhận xét như sau:

1. Khả năng nước tràn qua đập, gây xói lở, sạt trượt mái đâp hạ lưu, thậm chí vỡ đập chắn của hồ chứa bùn đỏ là nguy cơ hiện hữu thường trực trong mùa mưa. Từ đó nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm do tràn hồ chứa bùn đỏ là không tránh khỏi trong suốt quá trình tồn tại vĩnh viễn của hồ. Sự cố này là do tai biến thiên nhiên gây ra, sức người là quá nhỏ bé, nhiều khi không chống đỡ được.

2. Sử dụng vải chống thấm geomembrane chỉ có thể làm chậm quá trình thấm nước chứa NaOH từ hồ chứa bùn đỏ nhưng không thể ngăn cản được dòng thấm này (từ đáy hồ, nền đập, vai đập và thân đập) vào vùng đất lân cận. Do đó, hiểm họa ô nhiễm môi trường đất - nước, môi trường sống ở vùng xung quanh và vùng hạ lưu hồ chứa bùn đỏ là hiện hữu. Khoa học hiện nay chưa thể khắc phục được.

3. Những nhận xét trên cần được phân tích, nghiên cứu kỹ lưỡng khi quyết định xây dựng những hồ chứa bùn đỏ ở Tây Nguyên.

Tài liệu nguồn

1. Bauxitevietnam. info

2. Chemical resistance guide for Carlisle polypropylene geomembrane systems (9/03F)

3. Coppinger J. Use of bituminous geomembrane to reduce environmental impact of road in aquifer

4. Harry M. Freement Eugene; F. Harric. Hazardous waste remediation Innovative treatment technologies

5. Riton PPS Chemical property

6. Rollin A. Rigo J.M. Geomembranes indentification and performance testing

7. Tailings manegement. http://www.mongolianriverresources.mn/DOWNLOAD/AusGov/ TailingsManagement.pdf