กรณีศึกษาเหมืองแร่ยิปซัม
กลุ่มเหมืองยิปซัม จังหวัดสุราษฎร์ธานีและจังหวัดนครศรีธรรมราชตั้งอยู่ในแหล่งแร่ที่มีชั้นหน้าดินเป็นลูกรัง ดินเนื้อสนิมปิดทับชั้นแร่ มักมีสารปนเปื้อน เช่น เหล็ก และซัลเฟอร์ จากการวิเคราะห์ตัวอย่างดินพบว่า มีออกไซด์ของเหล็กตั้งแต่ 1-279 โดยน้ำหนัก ขึ้นอยู่กับพื้นที่ถ้ามีปริมาณสูงก็จะมีแนวโน้มในการเกิด AMD มาก จากการเก็บ ตัวอย่างน้ำใน 12 พื้นที่ พบว่ามีพีเอช 22:6.5 มีค่าการนำไฟฟ้าสูงความกระด้างรวม 1,160-1,840 มิลลิกรัม/ลิตร ซัลเฟต 1,110-3,870 มิลลิกรัม/ลิตร ถ้าเป็นขุมเหมืองที่ยังมีการผลิตแร่ยิปซัม และมีน้ำขังเป็นเวลานานเกิน 7 วัน จะมีพีเอชประมาณ 4-5 ถ้าเป็นบ่อเหมืองเก่ามีน้ำขังสะสมมานานอาจจะมีพีเอชต่ำถึง 2.95
ตัวอย่างน้ำส่วนใหญ่มีปริมาณโลหะปนเปื้อนสูง เช่น ตะกั่ว แมงกานีส สังกะสี และทองแดง พบสารหนูปนเปื้อนอยู่ในตัวอย่างน้ำส่วนน้อย โดยปนเปื้อนในระดับต่ำมากและมีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน
การนำตัวอย่างดินมาทดสอบการชะละลายในห้องปฏิบัติการพีเอชของน้ำแช่ดินมีคำลดลงจาก 7 ตามเวลา ดำสภาพการนำไฟฟ้าของน้ำมีคำเพิ่มขึ้น โดยมีอัตราการเพิ่มสูงในช่วง 3-5 วันแรกและส่วนใหญ่มีค่าคงที่ประมาณวันที่ 10 เป็นต้นไป ค่าสุดท้ายของพีเอชและสภาพการนำไฟฟ้าของน้ำแช่ดิน 20 วัน มีช่วงค่าที่กว้าง(พีเอช 2-4) แสดงศักยภาพการถูกชะละลายของดินว่าแตกต่างกันน้ำแซ่ที่มีพีเอชต่ำจะมีสภาพการน้ำไฟฟ้าและปริมาณซัลเฟตสูงขึ้นบางตัวอย่างมีโลหะหนักในน้ำแต่มีปริมาณอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานคุณภาพน้ำผิวดิน
เมื่อทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อปรับพีเอชของน้ำตัวอย่างที่เก็บมาจากแต่ละพื้นที่ พบว่าจะต้องใช้หินปูนฝุ่น 3-5 เท่าของที่คำนวณได้ และใช้เวลาอย่างน้อย 16 วัน การใช้ปูนขาวต้องใช้ในปริมาณ 2 เท่าของค่าที่คำนวณได้ โดยใช้เวลา 9-10 วันขึ้นไปไม่สามารถลดความกระด้างและซัลเฟตได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่กำจัดเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ การบำบัดด้วยปูนขาวสามารถกำจัดแมงกานีสได้อย่างมีประสิทธิภาพดีกว่าใช้หินปูนฝุ่น
เนื่องจากบ่อเหมืองยิปซัมส่วนใหญ่ยังมีการผลิตแร่ต่อเนื่องจำเป็นจะต้องระบายน้ำออกสม่ำเสมอเพื่อไม่ให้ท่วมหน้างาน และจะมีเวลาบำบัดไม่นานเนื่องจากไม่มีพื้นที่มากพอในการเก็บกักน้ำเป็นเวลานาน จึงได้พัฒนาระบบสาธิตเพื่อบำบัด AMD ด้วยปูนขาวในพื้นที่กลุ่มเหมืองยิปซัม อำเภอเวียงสระ จังหวัดสุราษฎร์ธานีน้ำในบ่อเหมืองที่จะใช้สาธิตมีค่าพีเอช 3:2 มีปริมาณน้ำกักขังอยู่มากต้องสูบระบายน้ำออกมาบำบัดด้วยอัตราการไหลน้ำ 3 ลูกบาศก์เมตร/นาที โดยใช้ปูนขาว 0.4 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร (จากการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า การใช้ปูนขาว 4 เท่าของค่าคำนวณและมีการกวนน้ำจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการปรับพีเอชให้เป็นกลางได้ภายในเวลา 1 ชั่วโมง) ผลการใช้ระบบสาธิตโดยละลายปูนขาวในน้ำให้เจือจางก่อนเติม โดยใช้ปูนขาว 13 ถุง (ถุงละ 6.5 กิโลกรัม) ผสมกับน้ำ 1,000 ลิตร แล้วเติมลงรางระบายน้ำด้วยอัตราประมาณ 17 ลิตร/นาที และใช้รางแบบซิกแซ็กเพื่อเพิ่มการกวนน้ำและเวลาบำบัด ได้พีเอชของน้ำที่ออกจากระบบมีคำสูงกว่า 6 แต่เนื่องจากน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะมีตะกอนแขวนลอยมากจำเป็นจะต้องมีบ่อดักตะกอนหรือระบบบึงประดิษฐ์กรองตะกอนก่อนจึงจะสามารถระบายออกได้
คุณลักษณะของหินปูนฝุ่นและคำแนะนำในการใช้งาน
หินปูนฝุ่นมีขนาดเล็กละเอียดกว่าเม็ดทราย มักมีขนาดเป็นฝุ่นผงที่เล็กกว่า 10 เมช ประมาณร้อยละ 40-60 โดยน้ำหนัก เป็นผลพลอยได้ที่เหลือจากการโม่หินปูนเพื่อนำหินคละขนาดหรือหินเบอร์ไปใช้ในงานก่อสร้างต่าง ๆ ทำให้หินปูนฝุ่นไม่ค่อยเป็นที่ต้องการในตลาด จึงมีราคาถูก
หินปูนสามารถปรับพีเอชของน้ำ AMD ให้เพิ่มขึ้นได้มากกว่า 6.5 และไม่สูงมากจนมีพีเอชและความกระด้างเกินค่าที่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศเหมือนปูนขาว เพราะมีอัตราการทำปฏิกิริยาค่อนข้างช้า การเลือกหินฝุ่นเพื่อบำบัดคุณภาพน้ำในบ่อเหมืองควรมีความบริสุทธิ์ของเนื้อหินปูนไม่ต่ำเกินไป เช่น มี CaCo3 สูงกว่า 85-90% หรือ CaO มากกว่า 45% โดยทั่วไปแหล่งหินปูนในประเทศไทยจะไม่มีโลหะปนเปื้อน แต่ก็ควรตรวจสอบให้มั่นใจก่อนว่า เมื่อนำมาใช้เป็นสารด่างจะไม่ทำให้คุณภาพน้ำมีโลหะมาละลายเพิ่มเติมในน้ำ
ปริมาณที่ใช้บำบัดคุณภาพน้ำจะต้องคำนวณจากค่า Acidity ของตัวอย่างน้ำในบ่อเหมือง และคุณภาพของสารด่างในหินปูนฝุ่นที่นำมาใช้ และเพิ่มปริมาณที่ใช้จริงให้มากขึ้นไม่น้อยกว่า 4-5 เท่า โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพไม่เกินร้อยละ 20 ทั้งนี้จะต้องเผื่อสภาพทางธรณีวิทยที่อาจจะมีการเพิ่ม Acidity มาภายหลัง และความกระด้างของแคลเซียมที่มักจะเพิ่มขึ้นหลังการบำบัด จึงต้องหมั่นติดตามตรวจสอบคุณภาพน้ำหลังการเติมแต่ละครั้งเพื่อปรับปริมาณที่ต้องใช้จริง
ระยะเวลาในกรบำบัดด้วยหินปูนฝันจะขึ้นอยู่กับสัดส่วนและขนาดของเม็ดหินปูน ปริมาณออกซิเจนในน้ำ และระยะเวลาตกตะกอนเป็นต้น อย่างไรก็ตาม ควรแบ่งการเติมหินฝุ่นออกเป็นหลายครั้งมีระยะเวลาห่างกันไม่น้อยกว่า 20-30 วัน เพื่อให้พื้นผิวของหินฝุ่นมีโอกาสสัมผัสน้ำ ไม่กองสะสมทับถมกัน จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดค่าใช้จ่าย ถ้าใช้หินฝุ่นที่มีส่วนผสมของเม็ดที่มีขนาดหยาบควรเว้นระยะให้นานกว่านี้เพื่อให้มีอายุใช้งานของหินปูนนานขึ้นประสิทธิภาพจะลดลงตามพื้นที่ผิวของเม็ดหินปูนเพราะผิวมักจะถูกเคลือบด้วยตะกอนเหล็กและแมงกานีส นอกจากนี้ควรกระจายตำแหน่งที่เติมหินฝุ่นไปให้ทั่วทั้งพื้นที่ผิว ไม่เติมทับถมกัน เช่น บริเวณขอบบ่อริมน้ำ การเติมกลางบ่อเหมืองที่มีระดับน้ำลึกซึ่งมักจะมีออกซิเจนละลายน้ำน้อย อาจจะลดการเกิดปฏิกิริยาของหินปูน
การคาดการณ์และการป้องกัน AMD เพื่อช่วยลดปัญหาและค่าใช้จ่าย
การทำเหมืองที่ดีควรวางแผนป้องกันการเกิด AMD ตั้งแต่ เริ่มต้น มีมาตรการจัดการที่ต้นเหตุ คือ ชั้นดิน-หิน และเศษแร่กองดิน มีการจัดการกองเปลือกดินที่ขุดจากหน้าเหมือง ควบคุมการทิ้งมูลดิน ปิดคลุมชั้นดินหรือชั้นแร่ในบ่อเหมืองเก่า และระบ่ายน้ำอย่างเหมาะสม การผันหรือเบี่ยงทางน้ำ ไม่เก็บกักไว้เป็นเวลานานจะช่วยลดปัญหาและค่าใช้จ่ายบำบัดในภายหลังการคัดแยกดินที่ปนเปื้อนมาฝังกลบ ห่อหุ้มไมให้สัมผัสน้ำและอากาศ และจะต้องคัดเลือกดินเหนียวสะอาดมาปิดคลุม ก่อนฝังกลบ
อาจจะปรับสภาพด้วยปูนขาว หรือฝังคละผสมไปกับหินปูนฝุ่นที่เป็นสารด่าง เช่น กองดิน 1,000 ตัน มีซัลเฟอร์ปนเปื้อน 1% ให้ใช้หินปูนฝุ่นไม่น้อยกว่า 7% โดยน้ำหนักของปริมาณดิน ผสมสลับชั้นกันไปในขณะเทกอง ก่อนฟื้นฟูด้วยการปูหน้าดินดำและปลูกพืชคลุมดิน ร่วมกับสร้างระบบระบายน้ำที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการกัดเซาะและพังทลาย จุดที่จะถูกน้ำชะละลาย ควรมีดูดักน้ำที่ปูรองพื้นและผนังด้วยหินปูนเม็ดหยาบความหนาไม่น้อยกว่า 5-10 เซนติเมตร และรองพื้นเพิ่มเมื่อหินปูนลดลงหรือเสื่อมสภาพและมีบ่อพักน้ำเพื่อตกตะกอน
ถึงแม้เหมืองแร่จะไม่ได้ก่อให้เกิด AMD ทุกแห่ง ขึ้นอยู่กับสารที่ก่อให้เกิด Acidity หรือสารที่ช่วยปรับสะเทินที่เป็นองค์ประกอบในชั้นดินหิน แต่ก็ควรคาดการณ์ AMD โดยศึกษาข้อมูลธรณีวิทยาสำรวจเก็บตัวอย่างชั้นดิน-หิน และชั้นแร่ มาวิเคราะห์ก่อนทำเหมืองวิเคราะห์ปริมาณซัลเฟอร์รวมและรูปฟอร์มที่มีศักยภาพในการก่อให้เกิดสภาพกรด ศักยภาพในการปรับสะเทินด้วยสารด่างที่มีอยู่ในชั้นดินเอง โดยทดสอบการชะละลายโลหะของตัวอย่างดิน-หิน จำลองสภาพการเกิด AMD ในห้องปฏิบัติการ ตรวจวัดค่าความเป็นกรดด่างของน้ำที่ได้จกการชะละลาย สิ่งเหล่านี้จะช่วยระบุที่มาของ AMD และโลหะปนเปื้อน
การทดลองเหล่านี้มักจะเป็นการทดลองขนาดเล็กทั่วไปที่ สามารถพัฒนาขึ้นได้เอง รวมทั้งวิธีการบำบัดคุณภาพน้ำที่เกิดจาก AMD ในบ่อเหมืองเพื่อหาชนิดและปริมาณในการเติมสารด่างที่เหมาะสมจากวัตถุดิบที่หาได้ง่ายในท้องถิ่น โดยนำน้ำ AMD จากบ่อเหมืองมาสร้างแบบทดลองแบบละ 20 ถึง 100 ลิตร เริ่มต้นเติมสารด่างตามปริมาณที่คำนวณได้จากการไทเทรตให้เป็นกลาง แล้วติดตามตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของพีเอช
การฟื้นฟูพื้นที่และนำไปใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืน
การบัดคุณภาพน้ำโดยการปรับพีเอชภายในบ่อเหมือง โดยไม่ระบายน้ำออกมาข้างนอก จะยังคงมีตะกอนของเหล็กและแมงกานีสตกสะสมตัวอยู่บริเวณก้นบ่อ ดังนั้น ภายหลังคุณภาพน้ำดีขึ้นแล้วจะต้องป้องกันไม่ให้พีเอชของน้ำลดต่ำลงอีก เช่น ไม่มีการทิ้งเศษดินปนแร่ที่มีซัลไฟด์ลงไปเพิ่ม หรือปรับปรุงพื้นที่บริเวณขอบบ่อไม่ให้เศษแร่ตกค้างตามขอบบ่อสัมผัสกับน้ำและอากาศอย่างไรก็ตาม น้ำบริเวณก้นบ่อซึ่งลึกมากและเป็นโซนไร้ออกซิเจนจะยังคงมีเหล็กและแมงกานีสละลายอยู่ในปริมาณสูงเหมือนเช่นอ่างเก็บน้ำธรรมชาติทั่วไป
หลังจากปรับปรุงคุณภาพน้ำในบ่อเหมืองให้ดีขึ้นแล้ว ในขั้นต่อไปจะต้องฟื้นฟูระบบนิเวศให้คืนตัวด้วยการปลูกพืชน้ำและพืชชุ่มน้ำในบริเวณริมน้ำที่ช่วยดูดซับโลหะจากน้ำและตะกอนดิน เช่น กก รูปฤๅษี แล้วจึงค่อยๆ เพิ่มปริมาณสัตว์น้ำท้องถิ่นที่ยังไม่เป็นที่นิยมบริโภคก่อน หรือพัฒนาเป็นแหล่งนกน้ำอพยพที่มีต้นไม้เป็นที่กำบังและอยู่อาศัย
ในชั้นนี้ยังคงต้องติดตามตรวจวัดคุณภาพน้ำเพื่อให้มีความมั่นใจในระยะยาวว่าจะไม่มีสารตกค้างในน้ำ มีความปลอดภัยได้มาตรฐานของคุณภาพน้ำ จกนั้นจึงค่อยพิจารณาถึงการนำน้ำในบ่อเหมืองไปใช้ประโยชน์ ถ้าต้องการระบายน้ำออกหรือนำไปใช้ด้านเกษตรกรรมควรมีระบบกรองตะกอน เช่น บ่อตกตะกอน หรือระบบบึงประดิษฐ์รวมทั้งการเตรียมพื้นที่สำหรับขุดลอกตะกอนของโลหะที่อยู่กันบ่อไปกำจัด
บทสรุป
การบำบัดคุณภาพน้ำ AMD ในบ่อเหมืองเก่านั้น ในชั้นแรกควรใช้วิธีเติมสารด่างโดยไม่มีการะบายน้ำออก การใช้ปูนขาวจะปรับพีเอชให้เป็นกลางได้รวดเร็ว ช่วยลดปริมาณเหล็กและแมงกานีสได้แต่น้ำหลังการบำบัดจะมีตะกอนสีแดงในน้ำซึ่งเป็นที่พึงรังเกียจ การปรับพีเอชด้วยหินปูนฝุ่นจะไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงต่อระบบนิเวศรุนแรงเหมือนปูนขาว แต่จะต้องใช้เวลานานและใช้ปริมาณมากเพราะมีประสิทธิภาพต่ำ สามารถลดปริมาณเหล็กออกจากน้ำได้แต่จะไม่ช่วยลดปริมาณแมงกานีส เพราะไม่สามารถปรับพีเอชให้สูงเกิน 7 ได้มาก จะต้องใช้ร่วมกับเถ้าโชคาหรือปูนขาวที่เติมลงไปก่อนเพื่อช่วยปรับสภาพและสร้างตะกอนคาร์บอเนตของแมงกานีส ซึ่งจะช่วยลดปริมาณการใช้หินฝันลงได้พอสมควร การใช้หินปูนฝุ่นที่มีราคาถูกและหาได้ง่ายในพื้นที่จะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากถ้าระยะเวลาที่ต้องใช้บำบัดไม่เร่งด่วนหรือเป็นเรื่องที่สำคัญ การเติมหินปูนฝุ่นควรแบ่งเติมหลายครั้งห่างกันไม่น้อยกว่าครั้งละ 1 เดือนเพื่อให้หินฝุ่นเม็ดหยาบมีเวลาทำละลายและไม่กองทับถมกันในน้ำการทดลองในห้องปฏิบัติการจะช่วยตัดสินใจเลือกชนิดของสารด่างปริมาณที่ใช้ วิธีการเติม และระยะเวลาในการบำบัดที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม การป้องกันไม่ให้เกิดปัญหา AMD ตั้งแต่ต้น โดยจัดการคัดแยกวัสดุต้นเหตุ เช่น แร่ซัลไฟด์ ไม่ให้สัมผัสกับน้ำและอากาศจะช่วยลดภาระและค่าใช้จ่ายในการบำบัดคุณภาพน้ำในภายหลัง
ที่มา: อินทาเนีย ฉบับที่ 1 ปี พ.ศ. 2563 คอลัมน์ เก็บมาฝาก โดย พันธุ์ลพ หัตถโกศล วศ.17