Nghiên cứu khả năng xử lý mn và fe trong nước thải của quá trình khai thác than hầm lò bằng sữa vôi hoạt tính

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Mn VÀ Fe TRONG NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH KHAI THÁC THAN HẦM LÒ BẰNG SỮA VÔI HOẠT TÍNH NGÔ TRÀ MY(1), VŨ THỊ PHƯỚC(2), HOÀNG VĂN ĐỨC(2) (1)Trường Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn,[.]

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Mn VÀ Fe TRONG NƯỚC THẢI CỦA Q TRÌNH KHAI THÁC THAN HẦM LỊ BẰNG SỮA VƠI HOẠT TÍNH NGƠ TRÀ MY(1), VŨ THỊ PHƯỚC(2), HOÀNG VĂN ĐỨC(2) (1)Trường Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội Email: mynt67@wru.vn (2) Viện Công nghệ xạ hiếm, 48 Láng Hạ, Đống Đa, Hà Nội Email: vuphuoc.th@gmail.com, hoangvanduc11@gmail.com Tóm tắt: Báo cáo trình bày kết nghiên cứu khả xử lý Mn Fe nước thải trình khai thác than hầm lò phương pháp kết tủa với sữa vơi hoạt tính kết hợp với sục khí oxy hóa Ảnh hưởng thơng số kỹ thuật pH phản ứng, thời gian tốc độ sục khí… đánh giá Quá trình thực so sánh với phương pháp xử lý Mn Fe vôi bột NaOH sử dụng Kết thu cho thấy tiềm sử dụng sữa vơi hoạt tính việc xử lý Mn Fe nước thải trình khai thác than hầm lị Từ khóa: Sữa vơi hoạt tính, Mn, Fe, … I MỞ ĐẦU Nước thải hoạt động khai thác than hầm lò chứa hàm lượng lớn ion kim loại nặng, mà số có mặt ion mangan với nồng độ cao Khi vượt giới hạn, ion kim loại nặng (Fe, Mn, Cu, Zn…vv) gây độc cho môi trường người Do nước thải hoạt động khai thác cần phải xử lý để đạt nồng độ quy định trước xả thải môi trường Để loại bỏ mangan kim loại nặng khác nước thải, số công nghệ xử lý áp dụng như: kết tủa hóa học, siêu lọc, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược điện phân [1] Kết tủa hóa học phương pháp thường sử dụng rộng rãi trình cơng nghiệp, giá thành xử lý rẻ q trình vận hành khơng q phức tạp [2] Kỹ thuật kết tủa hydroxit kỹ thuật kết tủa hóa học sử dụng rộng rãi tính đơn giản, chi phí thấp dễ kiểm sốt pH Mặc dù hầu hết kim loại kết tủa dạng hydroxit, phương pháp khác sunfua kết tủa cacbonat sử dụng [3] Vôi đá vôi chất sử dụng phổ biến để xử lý nước thải có chứa kim loại nặng có tính axít có sẵn hầu hết quốc gia giá thành thấp [4-6] Chi phí xử lý phương pháp kết tủa hyđroxit chi phí tiêu tốn hóa chất chi phí việc xử lý bùn kết tủa tạo [3] Tại Việt Nam, hoạt động khai thác mỏ, nay, hàng năm hoạt động khai thác than Tổng công ty Vinacomin thải khoảng 100 triệu m3 nước thải có chứa sắt mangan Hàm lượng sắt mangan dao động theo mùa, hàm lượng sắt lên đến 500 ppm hàm lượng mangan từ đến 20 ppm Dây chuyền công nghệ chung cho trạm xử lý nước thải mỏ mơ tả hình [7] Hình 1: Dây chuyền cơng nghệ chung cho trạm xử lý nước thải mỏ Nguyên lý chung q trình xử lý sử dụng chất hóa học có tính kiềm (vơi, xút,…) để trung hồ axit, nâng cao độ pH, đồng thời tạo môi trường oxy hoá kim loại nặng Fe, Mn Dùng chất trợ lắng (PAC, PAM) để tăng khả kết tủa chất rắn lơ lửng có sẵn nước thải sinh q trình trung hồ để loại bỏ chất khỏi nước thải Dùng biện pháp học để làm khô bùn cặn (hỗn hợp chất rắn có nước thải nước) tạo thành trình xử lý nước thải nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển, đổ thải Trong nước, có nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý nước thải có chứa Fe, Mn, đặc biệt Mn [8-10] Tuy nhiên, tất quy trình tác giả đề xuất với khâu trung hòa vừa sục khí vừa trung hịa, hóa chất sử dụng vôi bột NaOH nên điểm yếu quy trình dẫn đến số tồn như: tiêu tốn hóa chất lớn, lượng bùn thải tạo nhiều tính khả lọc kém, quy trình phức tạp chi phí xử lý cao hệ thống cát lọc mangan hiệu thấp Do việc nghiên cứu quy trình để xử lý hiệu nước thải khai mỏ như: nâng cao hiệu sử dụng vôi, loại bỏ mangan nước thải mà không cần dùng đến hệ thống cát lọc mangan cần thiết II NỘI DUNG II.1 Đối tượng phương pháp II.1.1 Đối tượng Dung dịch chứa Fe Mn có nồng độ pH tương ứng với nước thải thực tế khu xử lý nước thải hầm mỏ Các muối FeSO4 MnSO4 sử dụng để điều chỉnh nồng độ Fe Mn dung dịch, pH dung dịch điều chỉnh H2SO4 II.1.2 Phương pháp Dung dịch nước thải chứa Fe Mn xử lý theo phương pháp trung hịa kết hợp sục khí oxi hóa, tác nhân trung hịa sữa vơi hoạt tính Q trình điều chế sữa vơi hoạt tính hình Hình 2: Sơ đồ điều chế sữa vơi hoạt tính Ưu điểm sữa vơi hoạt tính xử lý nước thải: có kích thước hạt nhỏ, độ phân tán cao nên sữa vơi hoạt tính phân tán nhanh dung dịch điều làm cho khả tăng pH dung dịch lên cao nhanh Hơn nữa, kích thước hạt cỡ µm khả phân ly sữa vơi cao nên không bị hạt sắt hyđroxit kết tủa bao lại sữa vơi sử dụng hiệu Sữa vơi hoạt tính sữa vơi có kích thước hạt nhỏ, độ phân tán cao khả làm tăng độ pH dung dịch nước nhanh, thông số kỹ thuật sữa vơi hoạt tính sau [11]:  Kích thước hạt: ≤ 10 µm;  Thời gian sa lắng (độ phân tán): ≥ 10 phút;  Độ sạch, Ca(OH)2: ≥ 95%;  Độ phân bố kích thước hạt: dải hẹp (0-60 µm) Dung dịch trước sau xử lý phân tích nồng độ Fe Mn (ICP-OES) để đánh giá hiệu xử lý sữa vơi hoạt tính Q trình xử lý Fe Mn sữa vơi hoạt tính sau: Sơ đồ quy trình xử lý Fe Mn sữa vơi hoạt tính hình 3: Sữa vơi hoạt tính Dung dịch mẫu giả định Dung dịch mẫu trung hòa Sục khí Lọc Phân tích Fe, Mn Hình 3: Sơ đồ xử lý Fe, Mn sữa vơi hoạt tính Mơ tả quy trình:  Dung dịch mẫu giả định chứa Fe Mn điều kiện nồng độ khác với tỷ lệ sau: Fe/Mn 20/5; 20/10; 20/15; 20/20 (ppm/ppm)  Trung hòa dung dịch sữa vơi hoạt tính pH: 6,7,8,9,10 11  Sau dung dịch đạt pH trung hòa, tiến hành sục khí thời gian khác từ 15, 30, 60 đến 120 phút với lưu lượng khí L/phút  Sau q trình sục khí, dung dịch lọc phân tích hàm lượng Fe Mn lại để xác định hiệu xử lý II.2 Kết Các kết đánh giá ảnh hưởng pH, khả oxi hóa khơng khí thể hình Hình 4: Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý Fe Mn Hình 5: Ảnh hưởng thời gian sục khí đến hiệu xử lý Mn pH = 8,5 Bảng 1: So sánh số kết xử lý Fe Mn pH = tác nhân khác Tiêu chí Sữa vơi Vơi bột NaOH Nhanh Chậm Nhanh Tốt Trung bình Tốt Ít Nhiều Ít Khả lọc Tốt Khó Khó Lượng dùng Ít Nhiều Ít Tốc độ đạt pH Khả xử lý Fe Mn Lượng bùn sinh II.3 Bàn luận Kết thu cho thấy, pH có ảnh hướng lớn đến trình xử lý Mn Fe dung dịch Đối với Fe, pH dung dịch khoảng đủ để xử lý Fe đạt QCVN40 Cột B, để đạt Cột A QCVN40 pH dung dịch phải lớn Tuy nhiên với Mn, để đạt QCVN40 pH dung dịch phải lớn (đối với cột B) lớn 10 (đối với cột A) Tỷ lệ Fe/Mn ảnh hưởng đến khả xử lý chúng sữa vôi Khi tỷ lệ Fe/Mn lớn, hiệu xử lý Fe Mn cao điều kiện Đặc biệt Mn, hàm lượng sắt lớn khả xử lý Mn cao Khi sữa vôi phản ứng với dung dịch chứa Fe Mn, Mn Fe bị kết tủa dạng hydroxit Kết tủa Fe(OH)2 hấp phụ phần Mn trình lắng giúp cho hiệu xử lý Mn cao Tuy nhiên, để đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN40 pH dung dịch nên thấp 9, để tránh việc phải thêm trình xử lý axit sau trung hòa xử lý Fe Mn Do đó, q trình oxi hóa khơng khí thực pH dung dịch đạt gần ngưỡng, với pH khoảng 8,5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng q trình sục khí đến việc xử lý Mn cho thấy, sau trung hòa sữa vơi đến pH khoảng 8,5, q trình sục khí làm oxi hóa Mn(II) lên Mn(III) Mn xử lý triệt để hơn, đảm bảo QCVN40 xả thải Q trình oxi hóa Mn sục khí chịu ảnh hưởng tỷ lệ Fe/Mn dung dịch ban đầu Với tỷ lệ thấp, q trình oxi hóa Mn khơng khí có hiệu thấp, tỷ lệ Fe/Mn tăng lên hiệu xử lý Mn tăng lên hàm lượng Fe(OH)2 dung dịch lớn, làm tăng khả oxi hóa cạnh tranh Mn so với Fe So sánh số kết xử lý Fe Mn tác nhân khác cho thấy, sữa vơi có nhiều ưu như: Tiết kiệm hóa chất trung hịa; Lượng bùn sinh ít; Bùn dễ lọc đồng pH; Không cần hệ thống cát lọc mangan để loại bỏ magan III KẾT LUẬN Quá trình xử lý dung dịch chứa Fe Mn sữa vôi cho thấy ảnh hưởng pH tỷ lệ Fe/Mn dung dịch đến hiệu xử lý lớn Quá trình xử lý Fe thực dễ dàng pH khoảng 6-7 Đối với Mn, pH trình xử lý u cầu cao hơn, khoảng 9-10 Q trình sục khí oxi hóa Mn chịu ảnh hưởng tỷ lệ Fe/Mn dung dịch đầu, với dung dịch có tỷ lệ Fe/Mn thấp hiệu sục khí khơng cao cạnh tranh oxi hóa Fe Mn Q trình kết hợp trung hịa sục khí oxi hóa xử lý triệt để Fe Mn dung dịch với pH < với tỷ lệ Fe/Mn lớn Với tỷ lệ thấp cần pH cao hơn, khoảng – 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M.K Doula, Simultaneous removal of Cu, Mn and Zn from drinking water with the use of clinoptilolite and its Fe-modified form, Water Research, 43 (2009) 3659-3672 [2] F Fu, Q Wang, Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review, Journal of Environmental Management, 92 (2011) 407-418 [3] L Wang, D Vaccari, Y Li, N Shammas, Chemical Precipitation, in: L Wang, Y.-T Hung, N Shammas (Eds.) Physicochemical Treatment Processes, Humana Press, 2005, pp 141-197 [4] H.A Aziz, P.G Smith, The influence of pH and coarse media on manganese precipitation from water, Water Research, 26 (1992) 853-855 [5] H.A Aziz, P.G Smith, Removal ofmanganese from water using crushed dolomite filtration technique, Water Research, 30 (1996) 489-492 [6] M.A Barakat, New trends in removing heavy metals from industrial wastewater, Arabian Journal of Chemistry, (2011) 361-377 [7] Đỗ Mạnh Dũng, Đỗ Mạnh Linh…nnk Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng vật liệu nano vào dự án xử lý nước thải có chứa nhiều kim loại nặng (2017) [8] Lê Bình Dương Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano sắt để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao (2015) [9] Trần Văn Tuấn, Đại học Nông lâm, Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học, (2014) [10] Đặng Xuân Thường, Đánh giá chất lượng nước thải số mỏ than thuộc tổng cơng ty Đơng Bắc, Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 51, 7/2015, tr.60-66 [11] Lê Bá Thuận, Hoàng Văn Đức NNK: Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước (2013); Nghiên cứu công nghệ điều chế vật liệu nano TiO2 nano CaCO3 từ nguồn nguyên liệu khoáng sản Việt Nam để sử dụng sản xuất sơn, chất dẻo xử lý môi trường  ... sau xử lý phân tích nồng độ Fe Mn (ICP-OES) để đánh giá hiệu xử lý sữa vơi hoạt tính Q trình xử lý Fe Mn sữa vơi hoạt tính sau: Sơ đồ quy trình xử lý Fe Mn sữa vơi hoạt tính hình 3: Sữa vơi hoạt. .. nước thải nước) tạo thành trình xử lý nước thải nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển, đổ thải Trong nước, có nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý nước thải có chứa Fe, Mn, đặc biệt Mn. .. hưởng đến khả xử lý chúng sữa vôi Khi tỷ lệ Fe /Mn lớn, hiệu xử lý Fe Mn cao điều kiện Đặc biệt Mn, hàm lượng sắt lớn khả xử lý Mn cao Khi sữa vôi phản ứng với dung dịch chứa Fe Mn, Mn Fe bị kết tủa