Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm tại tỉnh bắc kạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NĂM 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KHỐNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Mai Trọng Nhuận PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực từ kết tham gia thực đề tài nghiên cứu luận án Để thực luận án, trực tiếp tham gia vào đề tài nghiên cứu chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng kết phục vụ luận án sản phẩm đào tạo đề tài Một số kết chúng tơi cơng bố tạp chí khoa học chun ngành với đồng ý đồng tác giả phù hợp với quy định hành Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan kết nghiên cứu trình bày luận án Tác giả luận án NCS Lê Sỹ Chính LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới GS.TS Mai Trọng Nhuận, PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải giao đề tài tận tình hướng dẫn khoa học, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho phép tơi hồn thành luận án Đề tài luận án tiến sĩ khơng thể hồn thành khơng có hỗ trợ kinh phí từ Đề tài KHCN-TB.02C/13-18 doTS Nguyễn Thị Hồng Hà làm chủ nhiệm thuộc Chương trình Khoa học Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2013-2018 “Khoa học Công nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng Tây Bắc” Tôi xin chân thành cảm ơn hỗ trợ cần thiết Tơi xin cảm ơn giúp đỡ ủng hộ nhiệt tình cán thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa Mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt HVCH Đặng Ngọc Thăng Nguyễn Thị Hải phối hợp tiến hành thí nghiệm suốt q trình thực đề tài Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên dạy dỗ, giúp đỡ bồi dưỡng cho kiến thức quý báu suốt trình nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tôi xin gửi lời cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Hồng Đức ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia học tập, nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp bên tôi, quan tâm, giúp đỡ, động viên khích lệ tơi suốt trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2017 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những đóng góp đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng khai thác chế biến khống sản chì, kẽm 1.1.1 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm giới 1.1.2 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm Việt Nam 1.1.3 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm khu mỏ Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn 1.2 Vật liệu xử lý ô nhiễm kim loại nặng 13 1.2.1 Cơ chế hấp phụ vật liệu 13 1.2.2 Một số vật liệu sử dụng xử lý ô nhiễm môi trường nước 15 1.2.3 Các phương pháp nâng cao hoạt tính vật liệu hấp phụ 26 1.3 Thực vật xử lý ô nhiễm kim loại nặng 36 1.3.1 Khái quát sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm 36 1.3.2 Sử dụng bãi lọc trồng 38 1.3.3 Một số kết nghiên cứu khả xử lý kim loại thực vật 39 1.3.4 Khả xử lý kim loại nặng Sậy 42 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Đối tượng nghiên cứu 44 2.2 Phạm vi nghiên cứu 44 2.3 Nội dung nghiên cứu 44 2.4 Phương pháp nghiên cứu 44 2.4.1 Phương pháp kế thừa, chọn lọc tổng hợp tài liệu 44 2.4.2 Khảo sát thực địa lấy mẫu nghiên cứu 45 2.4.3 Phương pháp xử lý mẫu phân tích mẫu 47 2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 48 2.5 Phương pháp thực nghiệm 48 2.5.1 Chế tạo đánh giá khả xử lý vật liệu hấp phụ 48 2.5.2 Đánh giá khả xử lý kim loại nặng thực vật Sậy 59 2.5.3 Nghiên cứu giải pháp kết hợp vật liệu thực vật quy mô 50l/ngày đêm 62 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66 3.1 Đánh giá ô nhiễm môi trường nước khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn 66 3.1.1 pH, TSS, COD, BOD5 môi trường nước 66 3.1.2 Hàm lượng kim loại môi trường nước 68 3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đánh giá khả xử lý kim loại nặng 75 3.2.1 Đặc tính bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn, tỉnh Bắc Kạn 75 3.2.2 Nghiên cứu độ bền vật liệu biến tính chế tạo từ bùn thải mỏ sắt 78 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thủy tinh lỏng đến đặc tính vật liệu 80 3.2.4 Nghiên cứu hấp phụ dạng mẻ vật liệu biến tính 84 3.2.5 Nghiên cứu hấp phụ cột vật liệu biến tính 94 3.3 Đánh giá khả lắng tự nhiên xử lý kim loại nặng thực vật 102 3.3.1 Khả lắng tự nhiên kim loại nặng nước 102 3.3.2 Khả xử lý kim loại nặng nước thải thực vật 102 3.3.3 Khả tích lũy kim loại nặng thực vật 109 3.4 Nghiên cứu xây dựng giải pháp kết hợp vật liệu thực vật 112 3.4.1 Cơ sở khoa học lựa chọn vật liệu kết hợp với thực vật 112 3.4.2 Đánh giá khả áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu thực vật 113 3.4.3 Cơ chế xử lý nước thải hệ vật liệu – thực vật 118 3.5 Nghiên cứu áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu thực vật xử lý nước thải khai thác chế biến khống chì, kẽm huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn 120 3.5.1 Đánh giá sinh trưởng phát triển cử Sậy 14 3.5.2 Đánh giá kết áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu thực vật quy mô 5m3/ngày đêm 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KLN: Kim loại nặng KT&CBKS: Khai thác chế biến khoáng sản CB: Chế biến TSS: Tổng chất rắn lơ lửng BOD5: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nước thải công nghiệp QCVN08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng nước mặt DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các công nghệ chế xử lý ô nhiễm thực vật 37 Bảng 2.1 Điểm khảo sát thực địa khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn 46 Bảng 2.2 Số lượng mẫu lấy khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn 46 Bảng 2.3 Các thông số hệ thống hấp phụ (mg/l) 57 Bảng 2.4 Hàm lượng kim loại nước nghiên cứu với thực vật (mg/l) 60 Bảng 2.5 Nước thải pha chế thí nghiệm giải pháp kết hợp (mg/l) 63 Bảng 3.1 Thành phần khoáng vật mẫu bùn thải mỏ sắt 77 Bảng 3.2.Thành phần hóa học bùn thải mỏ sắt 78 Bảng 3.3 Kết phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt 78 Bảng 3.4 Theo dõi độ bền nước vật liệu SBC2-5S 79 Bảng 3.5 Theo dõi độ bền nước vật liệu SBC2-10S 79 Bảng 3.6 Theo dõi độ bền nước vật liệu SBC2-15S 80 Bảng 3.7 Các vật liệu biến tính dạng hạt chế tạo 80 Bảng 3.8 Thành phần khoáng vật vật liệu biến tính (%) 81 Bảng 3.9 Diện tích bề mặt mật độ điện tích bề mặt vật liệu biến tính 81 Bảng 3.10 Kết phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt 81 Bảng 3.11 Độ bền vật liệu hấp phụ với tỷ lệ thủy tinh lỏng khác 82 Bảng 3.12 Mơ hình động học hấp phụ 90 Bảng 3.13 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ 94 Bảng 3.14 Các tham số phương trình động học hấp phụ Thomas 101 Bảng 3.15 Khả phát triển Sậy sau tháng 122 Bảng 3.16 Khả phát triển Sậy sau tháng 122 Bảng 3.17 Khả phát triển Sậy sau tháng 122 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ chế biến chì, kẽm 10 Hình 1.2 Sơ đồ trạng cơng nghệ xử lý nước thải khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn 11 Hình 1.3 Bãi tập kết quặng bãi thải chì, kẽm mỏ Pù Sáp gần lòng suối Tủm Tó (Nam Chợ Đồn) 12 Hình 1.4 Bãi tập kết quặng bãi thải chì, kẽm khu mỏ Bằng Lãng (Nam Chợ Đồn) 12 Hình 1.5 Hình thái cấu trúc khoáng sét kaolinit 16 Hình 1.6 Hình thái cấu trúc khống sét montmorillonit 17 Hình 1.7 Cấu trúc lập thể zeolit 23 Hình 1.8 Hình thái zeolit analcime (a) chabazit (b) 24 Hình 1.9 Sự thay đổi CEC q trình hoạt hóa axit 28 Hình 1.10 Quá trình tái cấu trúc bentonit giai đoạn xử lý 29 Hình 1.11.Ảnh chụp SEM oxit silic khơng phủ bọc (a) phủ bọc (b) 30 Hình 1.12 Lớp sở montmorillonit chèn chuỗi ankyl 32 Hình 1.13 Q trình hòa tan, tái kết tinh zeolit 33 Hình 1.14 Các hạt zeolit phát triển bề mặt diatomit hoạt hóa với CTAB 36 Hình 1.15 Hệ thống bãi lọc trồng 39 Hình 1.16 Cây Sậy mọc ven suối khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 43 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn 45 Hình 2.2 Mỏ Nà Bốp 45 Hình 2.3 Mỏ Pù Sáp 45 Hình 2.4 Mỏ Đèo An 45 Hình 2.5 Lấy mẫu nước mặt 47 Hình 2.6 Mẫu nước thải khu chế biến Lũng Váng 47 Hình 2.7 Mẫu trước sấy 49 Hình 2.8 Mẫu sau sấy 49 Hình 2.9 Máy nghiền MRC 49 Hình 2.10 Mẫu sau nghiền 49 Hình 2.11 Chế tạo vật liệu hấp phụ 50 Hình 2.12 Các dạng hấp phụ đẳng nhiệt 54 Hình 2.13 Sơ đồ hấp phụ dạng cột vật liệu 56 Hình 2.14 Đường cong thoát cột hấp phụ 58 Hình 2.15 Thí nghiệm hấp phụ cột 59 Hình 2.16 Hệ thống trồng Sậy (Phragmites australis) 61 Hình 2.17 Hệ thống trồng Mộc tặc trãi (Equisetum diffusum) 61 Hình 2.18 Cột vật liệu 63 Hình 2.19 Thí nghiệm sử dụng vật liệu thực vật hệ thống dòng chảy mặt – dòng chảy ngầm 64 Hình 2.20 Thiết kế hệ thống dòng chảy mặt dòng chảy ngầm 65 Hình 3.1 Giá trị BOD5 nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 67 Hình 3.2 Giá trị BOD5 nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 67 Hình 3.3 Giá trị COD nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 68 Hình 3.4 Giá trị COD nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 68 Hình 3.5 Hàm lượng As nước khu chế biến Bằng Lũng 68 Hình 3.6 Hàm lượng As nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 69 Hình 3.7 Hàm lượng As nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 69 Hình 3.8 Hàm lượng Pb nước khu chế biến Bằng Lũng 70 Hình 3.9 Hàm lượng Pb nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 70 Hình 3.10 Hàm lượng Pb nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 70 Hình 3.11 Hàm lượng Zn nước khu chế biến Bằng Lũng 72 Hình 3.12 Hàm lượng Zn nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 72 Hình 3.13 Hàm lượng Zn nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 72 Hình 3.14 Hàm lượng Mn nước khu chế biến Bằng Lũng 73 Hình 3.15 Hàm lượng Mn nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 73 Hình 3.16 Hàm lượng Mn nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 73 Hình 3.17 Hàm lượng Cd nước khu chế biến Bằng Lũng 74 Hình 3.18 Hàm lượng Cd nước khu vực mỏ Nam Chợ Đồn 75 Hình 3.19 Hàm lượng Cd nước khu vực mỏ Bắc Chợ Đồn 75 Hình 3.20 Khảo sát lấy mẫu bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn 77 Hình 3.21 Sơ đồ nhiễu xạ tia X mẫu bùn thải khu chế biến sắt Bản Cn (SBC2) 77 Hình 3.22 Điểm điện tích khơng vật liệu 82 Hình 3.23 Dung lượng hiệu suất hấp phụ vật liệu biến tính 84 Hình 3.24 Diễn biến theo khối lượng đến khả hấp phụ Zn vật liệu 85 Hình 3.25 Diễn biến theo khối lượng đến khả hấp phụ Cd vật liệu 85 Phụ lục Hiệu suất hấp phụ Pb nƣớc mơ hình kết hợp vật liệu thực vật (%) Ngày Hệ thống vật liệu Vật liệu - dòng chảy ngầm Vật liệu - dòng chảy mặt 10 13 16 19 22 25 30 96.72 91.46 89.27 72.76 72.31 60.34 49.00 35.19 32.14 25.67 22.76 98.60 98.44 98.58 96.88 87.09 80.26 74.96 75.49 69.60 65.73 63.95 93.14 95.00 95.43 85.20 67.72 63.61 60.20 61.26 58.53 54.66 Phụ lục Hiệu suất hấp phụ Cd nƣớc mơ hình kết hợp vật liệu thực vật (%) Ngày Hệ thống vật liệu Vật liệu - dòng chảy ngầm Vật liệu - dòng chảy mặt 10 13 16 19 22 25 30 55.05 67.50 59.07 77.33 90.00 83.32 85.54 86.55 85.77 80.49 68.65 63.41 63.85 63.19 71.02 66.44 83.13 74.23 73.86 88.77 77.36 68.75 54.70 60.55 55.21 46.31 69.00 47.33 55.70 68.94 60.88 74.88 72.24 Phụ lục Hiệu suất hấp phụ Mn nƣớc mô hình kết hợp vật liệu thực vật (%) Ngày Hệ thống vật liệu Vật liệu - dòng chảy ngầm Vật liệu - dòng chảy mặt 10 13 16 19 22 25 30 77.06 67.62 50.74 41.01 32.16 36.26 33.84 33.83 30.92 29.99 30.59 93.07 99.59 99.28 98.44 99.00 94.03 93.33 92.16 92.76 87.59 84.76 95.96 95.58 96.09 96.92 94.23 92.43 88.78 87.24 83.68 81.17 Phụ lục 10 Hiệu suất hấp phụ As nƣớc mô hình kết hợp vật liệu thực vật (%) Ngày Hệ thống vật liệu Vật liệu - dòng chảy ngầm Vật liệu - dòng chảy mặt 10 13 16 19 22 25 30 75.05 42.03 48.09 32.07 45.11 44.53 49.19 45.68 31.21 45.95 39.81 85.11 85.22 79.29 80.60 87.61 87.27 82.58 80.69 79.71 83.14 80.32 78.88 81.76 78.47 84.13 83.36 80.52 81.15 78.49 77.92 Phụ lục 11 Hàm lƣợng trung bình ngun tố tích lũy sậy hệ thống (mg/kg-dry weight) Mn Rễ Thân cũ Thân Dòng ngầm 2485.83 13.64 75.06 Zn Dòng mặt 1059.86 92.85 65.70 Dòng ngầm 433.90 103.84 102.78 Cd Dòng mặt 758.32 102.06 152.95 Dòng ngầm 109.65 46.27 44.20 Pb Dòng mặt 94.35 45.73 47.98 Dòng ngầm 218.63 149.40 116.45 As Dòng mặt 330.39 159.33 126.85 Dòng ngầm 40.54 4.65 3.24 Dòng mặt 17.06 5.49 3.47 Phụ lục 12: Diễn biến hàm lƣợng Mn nƣớc mô đun (mg/l) Thời gian Ban đầu tuần tuần tuần tháng 1.5 tháng tháng 2.5 tháng tháng QCVN 40:2011-A QCVN 40:2011-B Hàm lượng Mn TB BL2 3.869 3.980 4.089 4.089 4.244 4.294 3.652 4.919 4.023 0.500 1.000 4.13 BL3 2.560 2.693 3.150 3.061 3.679 3.748 3.237 3.157 2.775 0.500 1.000 3.12 MD1 2.674 2.682 3.122 2.665 3.385 3.422 3.118 3.588 2.637 0.500 1.000 3.03 MD2 0.934 1.145 1.056 1.409 0.824 1.009 1.213 1.001 0.966 0.500 1.000 1.06 Vị trí lấy mẫu MD3 MD4 MD5 1.028 0.483 0.227 0.932 0.502 0.290 1.018 0.170 0.066 0.846 0.346 0.200 1.021 0.220 0.138 0.914 0.263 0.163 0.903 0.326 0.250 0.807 0.117 0.075 1.019 0.182 0.106 0.500 0.500 0.500 1.000 1.000 1.000 0.94 0.29 0.17 MD6 0.090 0.126 0.012 0.098 0.075 0.084 0.179 0.021 0.046 0.500 1.000 0.08 MD7 0.020 0.002 0.018 0.028 0.015 0.015 0.027 0.011 0.017 0.500 1.000 0.02 MD8 0.546 0.542 0.318 0.438 0.265 0.323 0.395 0.171 0.218 0.500 1.000 0.36 BL4 2.613 2.559 3.241 2.753 3.366 3.331 3.130 3.559 2.527 0.500 1.000 3.01 Phụ lục 13: Diễn biến hàm lƣợng Zn nƣớc mơ đun (mg/l) Thời gian Vị trí lấy mẫu BL2 BL3 MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 BL4 Ban đầu 1.294 1.026 0.483 0.034 0.035 0.034 0.027 0.069 0.021 0.004 0.971 tuần 1.346 0.969 0.885 0.026 0.089 0.056 0.063 0.063 0.042 0.043 0.943 tuần 1.199 0.817 0.594 0.021 0.004 0.019 0.001 0.042 0.006 0.063 0.621 tuần 0.923 0.809 0.634 0.076 0.037 0.047 0.066 0.107 0.074 0.040 0.868 tháng 0.810 0.989 0.724 0.188 0.193 0.195 0.204 0.278 0.273 0.226 0.823 1.5 tháng 1.292 1.131 0.927 0.299 0.288 0.305 0.262 0.206 0.237 0.241 1.271 tháng 1.154 0.836 0.700 0.414 0.474 0.389 0.442 0.481 0.377 0.450 0.743 2.5 tháng 1.603 1.329 0.997 0.350 0.513 0.418 0.412 0.438 0.399 0.384 1.287 tháng 1.561 1.280 0.735 0.609 0.484 0.529 0.590 0.392 0.536 0.583 0.934 3 3 3 3 3 1.24 1.02 0.74 0.22 0.24 0.22 0.23 0.23 0.22 0.23 0.94 QCVN 40:2011-A, B Hàm lượng Zn TB Phụ lục 14: Diễn biến hàm lƣợng Pb nƣớc mơ đun (mg/l) Thời gian Vị trí lấy mẫu BL2 BL3 MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 BL4 Ban đầu 0.56 0.61 0.57 0.51 0.34 0.38 0.37 0.27 0.23 0.25 0.52 tuần 0.43 0.41 0.35 0.30 0.31 0.15 0.18 0.17 0.12 0.11 0.34 tuần 0.54 0.52 0.41 0.32 0.19 0.26 0.23 0.25 0.19 0.22 0.41 tuần 0.72 0.64 0.43 0.31 0.38 0.31 0.20 0.20 0.18 0.20 0.55 tháng 0.51 0.41 0.33 0.24 0.18 0.26 0.25 0.24 0.18 0.21 0.42 1.5 tháng 0.53 0.53 0.42 0.28 0.29 0.29 0.36 0.32 0.22 0.23 0.43 tháng 0.52 0.52 0.32 0.22 0.15 0.19 0.18 0.19 0.13 0.15 0.41 2.5 tháng 0.65 0.52 0.32 0.31 0.22 0.16 0.23 0.13 0.12 0.18 0.52 tháng 0.53 0.43 0.20 0.17 0.22 0.22 0.20 0.16 0.17 0.20 0.41 QCVN 40:2011-A 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 QCVN 40:2011-B 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 Hàm lượng Pb TB 0.55 0.51 0.37 0.30 0.25 0.25 0.24 0.21 0.17 0.19 0.45 Phụ lục 15: Diễn biến hàm lƣợng Cd nƣớc mơ đun (mg/l) Thời gian Vị trí lấy mẫu BL2 BL3 MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 BL4 Ban đầu 0.747 0.631 0.435 0.128 0.103 0.017 0.084 0.037 0.042 0.005 0.514 tuần 0.549 0.428 0.360 0.196 0.181 0.073 0.088 0.012 0.013 0.060 0.381 tuần 0.591 0.386 0.373 0.133 0.157 0.075 0.070 0.075 0.017 0.098 0.303 tuần 0.491 0.364 0.259 0.151 0.104 0.081 0.064 0.046 0.028 0.042 0.286 tháng 0.742 0.710 0.526 0.390 0.149 0.099 0.063 0.063 0.045 0.042 0.556 1.5 tháng 0.721 0.624 0.582 0.293 0.084 0.098 0.099 0.055 0.036 0.059 0.514 tháng 0.441 0.327 0.351 0.246 0.113 0.111 0.048 0.042 0.050 0.066 0.281 2.5 tháng 0.759 0.619 0.514 0.218 0.125 0.111 0.060 0.042 0.018 0.055 0.571 tháng 0.669 0.530 0.504 0.209 0.106 0.080 0.044 0.042 0.028 0.011 0.486 QCVN 40:2011-A 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 QCVN 40:2011-B 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 Hàm lượng Cd TB 0.63 0.51 0.43 0.22 0.12 0.08 0.07 0.05 0.03 0.05 0.43 Phụ lục 16: Diễn biến hàm lƣợng As nƣớc mơ đun (mg/l) Thời gian Vị trí lấy mẫu BL2 BL3 MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 BL4 Ban đầu 0.42 0.30 0.23 0.05 0.05 0.02 0.03 0.02 0.02 0.01 0.27 tuần 0.33 0.23 0.24 0.07 0.04 0.03 0.04 0.01 0.01 0.01 0.26 tuần 0.42 0.25 0.22 0.09 0.05 0.07 0.05 0.04 0.02 0.01 0.23 tuần 0.52 0.27 0.25 0.08 0.05 0.06 0.07 0.06 0.02 0.02 0.21 tháng 0.46 0.22 0.22 0.09 0.07 0.06 0.05 0.06 0.01 0.01 0.24 1.5 tháng 0.46 0.25 0.26 0.12 0.05 0.06 0.03 0.04 0.03 0.01 0.16 tháng 0.36 0.27 0.19 0.11 0.07 0.05 0.05 0.04 0.04 0.02 0.12 2.5 tháng 0.55 0.28 0.21 0.13 0.09 0.08 0.08 0.07 0.04 0.03 0.21 tháng 0.44 0.22 0.21 0.17 0.15 0.10 0.09 0.07 0.04 0.04 0.20 QCVN 40:2011-A 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 QCVN 40:2011-B 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 Hàm lượng As TB 0.44 0.25 0.23 0.10 0.07 0.06 0.06 0.05 0.03 0.02 0.21 10 Phụ lục 17: Hiệu suất hấp phụ Mn nƣớc mô đun (%) Thời gian Vị trí lấy mẫu MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 Ban đầu -4.45 63.52 59.84 81.13 91.13 96.48 99.22 78.67 tuần 0.41 57.48 65.39 81.36 89.23 95.32 99.93 79.87 tuần 0.89 66.48 67.67 94.60 97.90 99.62 99.44 89.90 tuần 12.94 53.97 72.36 88.70 93.47 96.80 99.09 85.69 tháng 7.99 77.60 72.25 94.02 96.25 97.96 99.59 92.80 1.5 tháng 8.70 73.08 75.61 92.98 95.65 97.76 99.60 91.38 tháng 3.68 62.53 72.10 89.93 92.28 94.47 99.17 87.80 -13.65 68.29 74.44 96.29 97.62 99.33 99.65 94.58 tháng 4.97 65.19 63.28 93.44 96.18 98.34 99.39 92.14 Hiệu suất Mn TB 3.55 63.81 67.50 87.96 93.60 97.24 99.45 85.39 2.5 tháng Phụ lục 18: Hiệu suất hấp phụ Zn nƣớc mô đun (%) Thời gian Vị trí lấy mẫu MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 Ban đầu 52.91 96.70 96.58 96.68 97.41 93.32 97.95 99.62 tuần 8.64 97.34 90.78 94.27 93.52 93.52 95.70 95.59 tuần 27.36 97.45 99.49 97.65 99.94 94.83 99.27 92.28 tuần 21.63 90.61 95.45 94.17 91.88 86.74 90.90 95.03 tháng 26.75 81.04 80.46 80.24 79.38 71.89 72.40 77.11 1.5 tháng 18.02 73.56 74.56 73.03 76.80 81.79 79.01 78.67 tháng 16.24 50.54 43.34 53.53 47.16 42.48 54.91 46.23 2.5 tháng 24.93 73.63 61.38 68.56 69.01 67.07 69.96 71.07 tháng 42.60 52.44 62.18 58.67 53.90 69.34 58.15 54.43 Hiệu suất Zn TB 27.46 92.63 92.55 92.60 92.42 88.06 91.24 91.93 11 Phụ lục 19: Hiệu suất hấp phụ Pb nƣớc mô đun (%) Thời gian Vị trí lấy mẫu MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 Ban đầu 6.56 16.39 44.26 37.70 39.34 55.74 62.30 59.02 tuần 15.25 27.36 24.94 63.68 56.42 58.84 70.94 73.37 tuần 21.15 38.46 63.46 50.00 55.77 51.92 63.46 57.69 tuần 32.71 51.71 40.81 51.71 68.85 68.85 71.96 68.85 tháng 21.07 41.89 56.42 37.05 39.47 43.10 56.42 49.15 1.5 tháng 19.96 46.77 44.87 44.87 31.56 39.16 58.17 56.27 tháng 39.31 58.57 71.10 63.39 65.32 63.39 74.95 71.10 2.5 tháng 39.35 39.73 58.73 69.29 55.85 75.05 76.97 65.45 tháng 53.27 60.28 48.60 48.60 53.27 62.62 60.28 53.27 Hiệu suất Pb TB 19.35 35.16 45.98 48.03 51.97 55.69 65.02 61.61 Phụ lục 20: Hiệu suất hấp phụ Cd nƣớc mô đun (%) Thời gian Vị trí lấy mẫu MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 Ban đầu 31.01 79.71 83.68 97.31 86.69 94.14 93.34 99.21 tuần 15.89 54.21 57.71 82.90 79.37 97.20 97.03 85.98 tuần 3.37 65.54 59.33 80.57 81.87 80.57 95.60 74.61 tuần 28.85 58.52 71.35 77.75 82.42 87.36 92.45 88.43 tháng 25.92 45.07 79.01 86.06 91.13 91.13 93.66 94.08 1.5 tháng 6.73 53.04 86.54 84.29 84.09 91.19 94.26 90.54 tháng -7.34 24.77 65.44 66.06 85.32 87.16 84.71 79.82 2.5 tháng 16.96 64.78 79.81 82.07 90.31 93.21 97.08 91.11 tháng 4.91 60.57 80.00 84.96 91.70 92.08 94.72 97.87 Hiệu suất Cd TB 21.01 60.61 70.21 84.92 84.29 90.08 94.42 88.46 12 Phụ lục 21: Hiệu suất hấp phụ As nƣớc mơ đun (%) Thời gian Vị trí lấy mẫu MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 MD6 MD7 MD8 Ban đầu 22.68 82.67 83.80 94.48 88.88 94.95 93.80 98.17 tuần -3.02 70.39 81.75 84.86 82.07 94.81 97.65 97.67 tuần 10.61 62.64 77.98 70.32 78.35 83.20 89.95 97.89 tuần 5.41 70.98 82.40 79.11 74.05 77.95 90.79 91.35 tháng 1.53 59.65 66.94 71.01 78.91 74.72 97.26 96.21 1.5 tháng -5.25 52.80 79.91 76.75 88.03 84.70 86.01 96.54 tháng 27.07 59.78 72.79 80.52 82.19 84.55 85.62 92.45 2.5 tháng 23.77 52.36 67.48 73.27 70.98 74.30 85.27 88.59 tháng 3.33 23.93 29.80 53.73 57.54 67.37 79.78 80.49 Hiệu suất As TB 7.44 69.27 78.57 79.96 80.45 85.13 93.89 96.26 13 Phụ lục 22 Quy mô, địa điểm lắp đặt đối tƣợng xử lý Áp dụng giải pháp ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước liên quan đến hoạt động khai thác chế biến khoáng sản chì, kẽm tỉnh Bắc Kạn với cơng suất Q = 5m3/ngày đêm Địa điểm: Khu chế biến Lũng Váng thuộc mỏ chì, kẽm Chợ Đồn, Bắc Kạn Đối tượng xử lý: nước thải khu chế biến Lũng Váng qua hồ lắng (hồ lắng hồ lắng 2), sau trích dòng 5m3 từ hồ lắng 3vào hệ bể lắng – bể hấp phụ – bãi lọc trồng Các kết khảo sát cho thấy nước thải từ nhà máy chế biến (công nghệ tuyển nổi) có pH trung tính kiềm, chứa nhiều cặn dễ lắng (bùn thải) KLN dạng hòa tan keo không lọc Hệ pilot 5m3 đặt cạnh hồ lắng 3, số kết phân tích thể bảng 3.15 Bảng kết phân tích nƣớc hồ lắng (mg/l) 07/2015 02/2016 QCVN 40:2011 (A) QCVN 40:2011 (B) pH 7,0 7,0 6–9 5,5 –9 Mn 4,0 6,0 0,5 1,0 Zn 1,5 4,0 3 As 0,4 0,4 0,05 0,1 Cd 0,1 0,1 0,05 0,1 Pb 0,6 16,0 0,1 0,5 Áp dụng quy trình cơng nghệ Từ đặc trưng nêu, kim loại Pb, Cd xử lý tác nhân kết tủa hiệu chỉnh pH phù hợp Tuy nhiên giải pháp không phù hợp với As, phải dùng hóa chất, hệ điều chỉnh pH phức tạp Giải pháp thay đơn giản hấp phụ tác nhân - chất hấp phụ phù hợp xử lý sâu thực vật 2.1 Giải trình giải pháp công nghệ Nước thải trực tiếp từ khu chế biến Lũng Váng qua hồ lắng hồ lắng (độ đục thấp, NTU m3/ngày (tương đương 0,208 m3/h), riêng bơm dâng phải có chiều cao H 30 m để bơm nước từ hồ lắng lên bể chứa Bơm cấp cần H 6-10m Bồn chứa có lắp rơle mức để đảm bảo nước ln lớn ½ thể tích (V) - Lắp bơm C1 van hiệu chỉnh đo lưu lượng phao (Qmax = 500 l/h) * Thùng hấp phụ: - Thùng chứa vật liệu hấp phụ làm thép không gỉ - Thời gian tiếp xúc HRT (tính theo hệ rỗng) 30 phút (thời gian tối ưu theo kết từ thí nghiệm dạng mẻ), chiều cao lớp vật liệu hấp phụ = 1,2 m thể tích ngăn chứa vật liệu V = HRT x Q x (hệ số an toàn) = 30 x 0,21 x / 24 = 0,21 m3 - Thiết diện ngăn chứa vật liệu = 0,21/1,2 = 0,175 m2, chọn cạnh 0,42 m - Thiết kế dạng chữ U, thiết diện 0,84 x 0,42 m, gồm 02 nhánh: nhánh nhận nước, ổn định lưu lượng, nhánh thứ hai chứa vật liệu hấp phụ có chiều cao lớp vật liệu 1,2 m - Đấu nối ống van ống PVC D27 tiêu chuẩn 15 - Loại vật liệu hấp phụ lựa chọn trước (SBC2-400-10S) - Chiều cao lớp vật liệu = 1,2 m; thể tích vật liệu đổ đống = 0,21 m3, khối lượng vật liệu 138 kg - Đáy ngăn chứa vật liệu có lót lớp sỏi đỡ, hệ có van xả cặn đường chống tràn - Tổng chiều cao hệ= đáy + lớp sỏi đỡ + vật liệu + lớp nước + lớp bảo vệ= 0,2 + 0,2 + 1,2 + 0,1 + 0,3 = 2,0 m - Giá đỡ 0,2 m Hình Bản vẽ hệ hấp phụ Hình Hệ thống bể hấp phụ * Bãi lọc trồng cây: - Bãi lọc trồng phải đảm bảo chất lượng nước mặt KLN tối thiểu phải đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại B - Hệ lọc trồng xây gạch, đáy đổ bê tông để giảm chi phí - Căn vào kết thí nghiệm thí nghiệm khả xử lý thực vật, thời gian lưu HRT = 48h - Vật liệu lọc đá vơi đá ong (ngăn cuối cùng) có độ xốp ~ 0,45 - Chọn chiều cao thực: H = m, chiều cao an toàn: 0,2 m Với tổng 1,2 m - Thiết diện hệ lọc trồng = HRT x Q/(H x độ rỗng vật liệu)= 48 x 0,21/(1 x 0,45) = 23 m2 - Diện tích trồng = 23 m2, Thể tích vật liệu = 23 m3 - Kích thước chọn: Rộng x Dài (vật liệu) = 1,0 x 23 m - Thiết kế 6mơ đun, kích thước 04 mơ đun đầu = Rộng x cao x dài = x 1,2 x 5,1 m (0,5 m bố trí ngăn phân phối thu nước hai đầu mơ đun), bố trí van lấy mẫu để tính kV; nối ống van lấy mẫu sử dụng ống van PVC tiêu chuẩn D27 Riêng nước chảy qua mô đun thứ chia làm ngăn: mô đun số số tương ứng ngăn chảy qua đá vôi (giống vật liệu làm giá thể mô đun bãi lọc trồng khác) ngăn lại chảy qua đá ong Như kích thước mơ đun thứ = rộng x cao x dài = x 0,6 x 5,1 m - Đường nước vào tính cho độ dốc = 1% 16 - Dọc đường nước chảy bố trí van lấy mẫu để phân tích định kỳ, xác định thơng số động học hiệu xử lý phục vụ thiết kế quy mô thực - Cây trồng theo cụm, cụm khoảng đến cây, khoảng cách cụm 15cm x 15cm, sau trồng cho thêm đá nhỏ kích thước 1x2 cm cố định Cây lấy cách khu vực ảnh hưởng hoạt động khai thác chế biến khoáng sản 10km Hình Thu thập Sậy Hình Trồng bể lọc 2.3 Vận hành hệ thống xử lý (1) Nước thải bơm dâng tự động đưa vào bồn chứa5m3 (2) Bơm C1 bơm định lượng lên hệ hấp phụ với lưu lượng Q = 5m3/ngày, đo lưu lượng lưu lượng kế hiệu chỉnh lưu lượng van hồi lưu (3) Hệ hấp phụ: vật liệu hấp phụ dạng hạt xử lý KLN.Từ hệ hấp phụ nước tự chảy vào hệ lọc trồng gồm 6mô đun nối tiếp (4) Bãi lọc trồng bãi lọc ngang chảy ngầm, phía trồng Sậy (Phragmites australis) có khả thích nghi nhanh Trong giai đoạn khởi động dùng bơm định lượng để cấp dinh dưỡng cho trồng, từ mô đun 6nước thải tự chảy môi trường (suối bên cạnh) (5) Toàn hệ thống điều hành qua tủ điện lắp trạm bơm, hệ thống hoạt động 24h/24h (6) Hàng ngày kiểm tra hoạt động bơm, đo lưu lượng, pH, độ dẫn, chế độ bơm dinh dưỡng, ghi nhật ký kể thông tin thời tiết (nhiệt độ, mưa/nắng) 17 Hình Mặt bố trí hệ xử lý nƣớc thải 5m3/ngày đêm Hình Sơ đồ hệ thống xử lý Ký hiệu mô đun: mô đun (MD1) nước chảy qua bể lắng, mô đun (MD2) nước chảy qua hệ hấp phụ, mô đun 3, 4, 5, (MD3, MD4, MD5, MD6) nước chảy qua ngăn bãi lọc trồng cây, mô đun (MD7) nước chảy qua ngăn giá thể đá vôi (tương tự đá MD3-7), mô đun (MD8) nước chảy qua ngăn giá thể đá ong 18 ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN Chun ngành: Mơi trường đất nước Mã số: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN... QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng khai thác chế biến khống sản chì, kẽm 1.1.1 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm giới 1.1.2 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm Việt Nam... QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng khai thác chế biến khống sản chì, kẽm 1.1.1 Hiện trạng khai thác chế biến chì, kẽm giới Trên giới, 80% mỏ kẽm khai thác hầm lò, 8% khai thác lộ thiên,