nghiên cứu sự lắng đọng và lan truyền một số kim loại nặng trong nước thải từ quá trình khai thác và làm giàu quặng thiếc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM TRƢỜNG SƠN NGHIÊN CỨU SỰ LẮNG ĐỌNG VÀ LAN TRUYỀN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VÀ LÀM GIÀU QUẶNG THIẾC Chuyên ngành: Công nghệ môi trƣờng Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐỒNG KIM LOAN Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Đồng Kim Loan – Giảng viên Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Xin gửi lời tri ân nhất của em đối với những điều quý báu cô dành cho em. Để hoàn thành luận văn này em đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình phân tích thực nghiệm của các cán bộ phân tích tại Phòng Phân tích chất lƣợng môi trƣờng của Trung tâm Y tế dự phòng Nghệ An. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô Khoa Môi trƣờng, trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên. Những ngƣời đã cho em những kiến thức bổ ích, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời thân đã bên cạnh và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn này. Hà Nôi, tháng 12 năm 2013 Học viên cao học Phạm Trƣờng Sơn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 3 1.1. Tình hình và hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc 3 1.1.1. Tình hình khai thác quặng thiếc 3 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc 4 1.2. Các kim loại nặng xuất hiện trong quá trình khai thác, chế biến quặng thiếc và tác động đến môi trƣờng 6 1.2.1. Asen [3,6,15] 6 1.2.2. Thủy ngân [16] 6 1.2.4. Chì [6,15] 8 1.2.5. Kẽm [15,16] 8 1.2.6. Sắt [6,15] 9 1.2.7. Thiếc [14] 9 1.2.8. Mangan [14] 10 1.3. Các đặc điểm về điều kiện tự nhiên 10 1.4. Các biện pháp giảm thiểu và xử lý ô nhiễm kim loại nặng 13 1.4.1. Phương pháp kết tủa hoá học 13 1.4.2. Phương pháp trao đổi ion 13 1.4.3. Phương pháp điện hoá 14 1.4.4. Phương pháp oxy hoá - khử 14 1.4.5. Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo Ferit 14 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1. Đối tƣợng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài 16 2.1.1. Đôi tượng nghiên cứu của đề tài 16 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 16 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 16 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 16 2.2.1. Phương pháp thu thập thông tin 16 2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 17 2.2.3. Các phương pháp quan trắc và phân tích KLN 17 2.2.4. Phương pháp lấy và bảo quản mẫu 19 2.2.5. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 23 2.2.5.1. Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 23 2.2.5.2. Phương pháp phá mẫu và phân tích 24 2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu 28 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29 3.1. Kết quả điều tra, khảo sát hoạt động khai khoảng của mỏ thiếc Quỳ Hợp. . 29 3.1.1. Hiện trạng khai thác quặng Sn tại khu vực mỏ 29 3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm và biện pháp xử lý của cơ sở khai khoáng 32 3.1.2.1. Nguồn phát sinh nước thải 32 3.1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường khu vực mỏ 33 3.1.2.3. Quy trình công nghệ xử lý nước thải hiện tại của nhà máy 35 3.2. Kết quả quan trắc và phân tích kim loại nặng 36 3.2.1. Hàm lượng các kim loại nặng có trong nước. 39 3.2.2. Hàm lượng các kim loại nặng có trong đất trầm tích. 45 3.2.3. Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến sự lan truyền và lắng đọng KLN 50 3.3. Đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý KLN 51 3.3.1. Giải pháp quản lý kim loại nặng 51 3.3.1.1. Cố định các tác nhân ô nhiễm bằng các phương pháp hóa học51 3.3.1.2. Cải tạo khu vực hồ lắng chứa bùn thải 52 3.3.1.3. Hạn chế nước mưa chảy tràn 53 3.3.1.4. Các giải pháp phòng ngừa rủi ro 53 3.3.2. Giải pháp xử lý kim loại nặng 53 3.3.2.1. Xử lý kim loại nặng bằng thực vật 54 3.3.2.2. Xử lý kim loại nặng trong bùn thải bằng giải pháp ổn định hóa rắn kết hợp phụ gia HSOB (Hazardous sludge of betong) 55 3.3.3. Dự toán chi phí cho các giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường. 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 1. Kết luận 56 2. Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Sản lƣợng khai thác thiếc trên thế giới theo thời gian (nghìn tấn) 3 Bảng 2. Sản lƣợng khai thác thiếc qua các thời kỳ nhƣ sau (tấn SnO 2 ) 4 Bảng 3 : Địa điểm các vị trí lấy mẫu 20 Bảng 4. Danh mục các thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 23 Bảng 5 . Danh mục các hóa chất cần cho nghiên cứu 24 Bảng 6. Danh mục các mẫu chuẩn làm việc theo từng nguyên tố 26 Bảng 7. Thông số điều chỉnh máy theo từng nguyên tố 27 Bảng 8. Các điều kiê ̣ n đo phổ hấp thụ nguyên tử của thuỷ ngân 27 Bảng 10: Tải lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt 32 Bảng 11 : Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc 39 Bảng 12 : Hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích 45 Bảng 13. Ngƣỡng chịu đựng KLN của cỏ Vetiver 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 : Bản đồ các vị trí lấy mẫu 21 Hình 2 : Sơ đồ các vị trí lấy mẫu 22 Hình 2 : Sơ đồ công nghệ khai thác của cơ sở khai khoáng 31 Hình 3. Bùn thải chảy tràn 34 Hình 4. Bùn thải trong hồ lắng 34 Hình 5+6. Khai thác quặng trái phép khu vực thƣợng nguồn 34 Hình 7. Sơ đồ xử lý nƣớc thải tuyển quặng 35 Hình 8. Sơ đồ mặt cắt ngang bể thu hồi dầu 36 Hình 10 : Sự biến thiên nồng độ As trong nƣớc 40 Hình 11 : Sự biến thiên nồng độ Hg trong nƣớc 40 Hình 12 : Sự biến thiên nồng độ Cu trong nƣớc 40 Hình 13 : Sự biến thiên nồng độ Pb trong nƣớc 41 Hình 14 : Sự biến thiên nồng độ Zn trong nƣớc 41 Hình 15 : Sự biến thiên nồng độ Sn trong nƣớc 41 Hình 16 : Sự biến thiên nồng độ Fe trong nƣớc 42 Hình 17 : Sự biến thiên nồng độ Mn trong nƣớc 42 Hình 18 : Sự biến thiên hàm lƣợng As trong trầm tích 46 Hình 19 : Sự biến thiên hàm lƣợng Hg trong trầm tích 46 Hình 20 : Sự biến thiên hàm lƣợng Cu trong trầm tích 46 Hình 21 : Sự biến thiên hàm lƣợng Pb trong trầm tích 47 Hình 22 : Sự biến thiên hàm lƣợng Zn trong trầm tích 47 Hình 23 : Sự biến thiên hàm lƣợng Fe trong trầm tích 47 Hình 24 : Sự biến thiên hàm lƣợng Sn trong trầm tích 48 Hình 25 : Sự biến thiên hàm lƣợng Mn trong trầm tích 48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ tài nguyên môi trƣờng KLN : Kim loại nặng QCVN : Quy chuẩn Việt Nam BYT : Bộ Y tế WHO : Tổ chức y tế thê giới QĐ : Quyết định HĐTLKS : Hội đồng trữ lƣợng khoáng sản 1 MỞ ĐẦU Công nghiệp khai khoáng vẫn đƣợc xem là một ngành công nghiệp mũi nhọn đóng góp một phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc ta. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác khoáng sản nói chung và quặng thiếc nói riêng đã gây ra rất nhiều tác động xấu tới môi trƣờng cũng nhƣ ngƣời dân khu vực xung quanh. Những tác động tiêu cực này đầu tiên phải kể đến việc phá rừng để khai thác quặng và làm đƣờng giao thông, tiếp theo đó là các hoạt động khai thác gây ô nhiễm không khí và ô nhiễm môi trƣờng nƣớc trong đó có ô nhiễm KLN. Hiện nay, việc khai thác quặng và hiện trạng ô nhiễm nƣớc ở khu vực khai thác, chế biến quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An đang diễn ra hàng ngày với mức độ rất nghiêm trọng. Nhiều đơn vị khai thác quặng thiếc tại các dãy núi cao ở các xã Châu Hồng, Châu Thành, Châu Quang, Châu Tiến thƣờng lén xả nƣớc thải bùn từ trên núi xuồng tràn vào ruộng lúa, khu dân cƣ hoặc tràn qua khe suối khiến cho môi trƣờng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Một số đơn vị khai thác tuy có xây dựng các bể xử lý nhƣng thực tế gần nhƣ các bể không đƣợc hoạt động mà nƣớc thải chủ yếu thải trực tiếp ra môi trƣờng. Tại các khe đầu nguồn nƣớc luôn bị đục và có màu đen thẫm, trong đó hàm lƣợng asen khá cao do các đơn vị khai thác đã sử dụng nƣớc trong quá trình tuyển thô (sơ bộ). Thêm vào đó việc « mót » quặng diễn ra ngay giữa dòng khe, ngƣời dân đào bới và đãi quặng trực tiếp xuống khe khiến cho nguồn nƣớc quanh năm đục ngầu, dòng chảy bị thay đổi, môi trƣờng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Bên cạnh việc khai thác khoáng sản (ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới), con ngƣời cũng đã quan tâm đến các biện pháp xử lý nhằm giảm sự phát thải các chất ô nhiễm ra ngoài môi trƣờng, mà đặc biệt là kim loại nặng. Tuy nhiên sự quan tâm xử lý và quản lý chƣa phải khi nào và ở đâu cũng đúng mực. Thêm nữa, sự quan tâm hầu nhƣ cũng mới chỉ dừng lại ở tại các điểm phát thải, mà chƣa chú ý nhiều đến sự lan truyền và lắng đọng của các kim loại nặng trong quá trình vận chuyển vào các nguồn tiếp nhận (môi trƣờng đất, nƣớc, không khí và sinh vật); cho nên cũng chƣa đƣa ra đƣợc những lời cảnh báo, các biện pháp thật hữu hiệu và khoa học nhằm ngăn 2 chặn, làm giảm nhẹ, … các tác động do ô nhiễm đối với con ngƣời và hệ sinh thái quanh khu vực khai thác mỏ. Chính vì những mục đích nhƣ vậy mà đề tài luận văn “Nghiên cứu sự lắng đọng và phát tán một số kim loại nặng trong nước thải từ quá trình khai thác và làm giàu quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An” đã đƣợc thực hiện với những nội dung chính sau: - Khảo sát hiện trạng khai thác và làm giàu tại các xí nghiệp khai thác và chế biến quặng thiếc xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An. - Xác định nguồn thải, tải lƣợng và đặc tính của nƣớc thải cũng nhƣ mức độ gây ô nhiễm của nguồn thải. - Quan trắc, lấy mẫu phân tích và đánh giá hàm lƣợng các kim loại nặng dọc theo tuyến thải, từ đó xác định nguyên nhân và con đƣờng gây lắng đọng, ô nhiễm kim loại nặng. - Đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý ô nhiễm kim loại nặng cho khu vực khảo sát. [...]... l pH, nhit , nng cỏc ion kim loi, bỏn kớnh cỏc ion kim loi trong dung dch 14 15 CHNG 2 I TNG V PHNG PHP NGHIấN CU 2.1 i tng, mc tiờu v phm vi nghiờn cu ca ti 2.1.1 ụi tng nghiờn cu ca ti i tng nghiờn cu ch yu ca ti l cỏc kim loi nng cú mt trong ngun thi ra mụi trng, xem xột mc tn d trong t v lan truyn trong nc ca kim loi nng 2.1.2 Mc tiờu nghiờn cu ca ti Trc tỡnh hỡnh khai thỏc v x thi gõy ụ nhim... ti a ca chỡ trong nc ung theo WHO l 0,05 mg/L Vit Nam thỡ tiờu chun ca chỡ trong nc sinh hot l 0,05 mg/L 1.2.5 Km [15,16] Km (Zn) l kim loi thng cú mt trong cỏc qung a kim cựng vi chỡ v ng v d thi ra mụi trng trong quỏ trỡnh khai thỏc v ch bin qung Ngun thi km ra mụi trng ch yu do cỏc ngun nc thi a vo c bit l nc thi ca nh mỏy luyn kim, cụng nghip húa cht, cỏc nh mỏy si tng hp v cỏc khu khai thỏc v... mg/l 1.2.7 Thic [14] Thic (Sn) l mt kim loi mu trng bc, kt tinh cao, d un, d dỏt mng, cú mu ỏnh bc, nhit núng chy thp, rt khú b oxy húa Thic thụng thng c khai thỏc v thu hi t qung cassiterit, dng ễxớt Thic l mt thnh phn chớnh to ra hp kim ng thic Thic l kim loi khỏ ớt trong t nhiờn, thụng thng trong cỏc m qung thỡ thic thng tn ti chung vi cỏc kim loi khỏc to thnh m a kim nh Fe, Cu, Mn Ngun thi chớnh... th gõy cht trong thi gian ngn Nng cho phộp ca thic trong nc sinh hot Vit Nam l 0,2 mg/l 1.2.8 Mangan [14] Mangan (Mn) l kim loi mu trng xỏm, ging st dng nguyờn t t do, mangan l kim loi quan trng trong cỏc hp kim cụng nghip, c bit l thộp khụng g Ngun thi chớnh ca mangan ra mụi trng l cỏc khu m, cỏc nh mỏy luyn kim, ch bin thộp khụng g, cỏc hot ng y t, nhum mu cho gm v thy tinh Mangan l kim loi tn... khoỏng vt Thnh, huyn Qu Hp, ú Ngh An nh sau Hm lng thic trong cỏc mch thay i 0,5 5.4% Vic tn ti khoỏng vt sulfur trong qung thic sTr lng pH ca tn) trng nc xung quanh khu gõy gim (nghỡn mụi Cp vc khai khoỏng do trong quỏ trỡnh khai khoỏng v lm phong húa cỏc khoỏng Qung Kim loi Sn sunfua dn n hỡnh thnh mụi trng axit húa v tng nng ion kim loi 122 698 2,02 trong nc 12 333 338 0,981 Bng 9 : Tr lng m thic Theo... cha kim loi nng bng phng phỏp to Ferit Quỏ trỡnh x lý nc thi cú cha kim loi nng bng phng phỏp to ferit l quỏ trỡnh tinh th hoỏ, to tinh th Fe3O4 t FeSO4 Trong quỏ trỡnh hỡnh thnh tinh th, cỏc ion kim loi nng cú trong dung dch cng b kộo vo, tham gia vo mng tinh th v trớ cỏc nỳt cation Quỏ trỡnh ny c gi l ni kt ta Cỏc ion kim loi tan trong dung dch s b kộo vo mng tinh th Sau phn ng lng v lc ly nc trong. .. thic u l m a kim cha cỏc kim loi nh: Fe, Au, Ag, Cu, Ti, W, Mo, Zn, Pb, Ga, Ta, Nb, In Khai thỏc thic ngoi nhng yu t nh hng xu n mụi trng nh to bi, ting n, o bi, vựi lp phỏ hoi cnh quan, nú cũn nh hng rt xu n mụi trng nc, thm thc ng vt v sc kho con ngi do trong qung a khoỏng cú cha cỏc nguyờn t rt c hi nh asen, chỡ, molipen c bit phõn kim vng - mt kim loi mu quý him cú hu ht trong qung a kim cha thic,... mu c th hin trong s di õy : 20 Hỡnh 1 : Bn cỏc v trớ ly mu 21 Suối Bắc Khu Văn phòng Khu nhà ở X-ởng tuyển Đ-ờng vào XN H lng 1 T2 Điểm lấy mẫu T1 H lng 2 Trạm bơm n-ớc mặt T3 Cu Nm Tụn T4 T5 T6 Hỡnh 2 : S cỏc v trớ ly mu 22 T7 2.2.5 Nghiờn cu trong phũng thớ nghim [20] Vỡ mc tiờu nghiờn cu ca lun vn l s lan truyn ca kim loi nng trong nc v s lng ng trong t /trm tớch nờn cỏc nghiờn cu trong phũng... ụ nhim do khai thỏc v ch bin qung thic 1.1.1 Tỡnh hỡnh khai thỏc qung thic [9] Trờn th gii Thic (Sn) l mt trong nhng kim loi u tiờn m loi ngi ó phỏt hin c Vic s dng Sn lm hp kim vi ng ó tri qua mt thi kỡ lõu di v quan trng trong thi i ng ng en c nht ó c tỡm thy frat (Messopotania) vo 3500 3200 nm trc Cụng Nguyờn Vo khong 1800 1500 nm trc Cụng Nguyờn, Trung Quc ó s dng rng rói ng en Trong th k... ti cỏc khu khai thỏc, ngi ta ó s dng phng phỏp xianua, sn phm nc thi ca phng phỏp ny ra mụi trng cú thu ngõn, l mt cht vụ cựng c hi v nguy him, ó gõy ra cỏc v ụ nhim, nhim c sụng Cu Thỏi Nguyờn, Bng Miờu - Qung Nam 5 1.2 Cỏc kim loi nng xut hin trong quỏ trỡnh khai thỏc, ch bin qung thic v tỏc ng n mụi trng Nh ó núi trờn, a phn cỏc m thic Vit Nam u l cỏc m a kim; do ú, trong quỏ trỡnh khai thỏc . SƠN NGHIÊN CỨU SỰ LẮNG ĐỌNG VÀ LAN TRUYỀN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƢỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VÀ LÀM GIÀU QUẶNG THIẾC Chuyên ngành: Công nghệ môi trƣờng Mã số: 60 44 03. mục đích nhƣ vậy mà đề tài luận văn Nghiên cứu sự lắng đọng và phát tán một số kim loại nặng trong nước thải từ quá trình khai thác và làm giàu quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh. hình và hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc 3 1.1.1. Tình hình khai thác quặng thiếc 3 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc 4 1.2. Các kim loại nặng