Nghiên cứu, áp dụng công nghệ tích hợp địa môi trường địa sinh thái nhằm ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước tại một số điểm ở các lưu vực sông vùng tây bắc

KẾT QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỊA MÔI TRƯỜNG - ĐỊA SINH THÁI NGĂN NGỪA, XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC KHU MỎ CHÌ KẼM CHỢ ĐỒN .... Công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái Đ

i

Tập thể tác giả thực hiện đề tài

Các tác giả chính thực hiện đề tài:

1 TS Nguyễn Thị Hoàng Hà Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

3 GS.TSKH Đặng Trung Thuận Hội Địa hóa Việt Nam

4 TS Phạm Văn Thanh Hội Địa hóa Việt Nam

5 PGS.TS Đỗ Quang Trung Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

6 PGS.TS Nguyễn Văn Phổ Hội Địa hóa Việt Nam

7 PGS.TS Cao Thế Hà Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

8 TS Quách Đức Tín Hội Địa hóa Việt Nam

9 TS Nguyễn Quang Trung Viện Công nghệ Môi trường – Viện

HLKH&CNVN

11 NCS Lê Sỹ Chính Trường Đại học Hồng Đức

Các tác giả tham gia thực hiện đề tài:

1 GS.TS Mai Trọng Nhuận Đại học Quốc gia Hà Nội

2 TS Bùi Thị Kim Anh Viện Công nghệ Môi trường – Viện

HLKH&CNVN

3 TS Trần Thị Huyền Nga Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

4 PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

5 TS Nguyễn Tài Tuệ Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

6 TS Hoàng Thị Minh Thảo Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

7 TS Nguyễn Minh Phương Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

8 TS Nguyễn Thị Thu Hà Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

9 TS Nguyễn Thùy Dương Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

11 PGS.TS Nguyễn Trung Minh Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam

ii

12 ThS Doãn Đình Hùng Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam

14 CN Hoàng Thị Nhung Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

14 CN Nguyễn Thị Hải Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

15 CN Đặng Ngọc Thăng Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

16 CN Nguyễn Quốc Biên Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

i

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG VII DANH MỤC HÌNH XI

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Phạm vi nghiên cứu và thời gian thực hiện 2

3 Cơ sở pháp lý của đề tài 3

4 Mục tiêu của đề tài 3

5 Nội dung của đề tài 3

6 Tổ chức thực hiện đề tài 4

7 Sản phẩm của đề tài 4

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

9 Địa chỉ bàn giao sản phẩm 6

10 Cấu trúc của báo cáo tổng hợp đề tài 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỊA MÔI TRƯỜNG, ĐỊA SINH THÁI VÀ CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỊA MÔI TRƯỜNG - ĐỊA SINH THÁI 8 1.1 Khái niệm địa môi trường và công nghệ địa môi trường 8

1.1.1 Địa môi trường 8

1.1.2 Công nghệ địa môi trường 8

1.2 Khái niệm địa sinh thái và công nghệ địa sinh thái 9

1.2.1 Địa sinh thái 9

1.2.2 Công nghệ địa sinh thái 9

ii

1.3 Khái niệm công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái 9

1.3.1 Sự tích hợp công nghệ 9

1.3.2 Công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái 9

1.4 Sự phát triển và ứng dụng công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái 10

1.4.1 Trên thế giới 10

1.4.2 Tại Việt Nam 37

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 41

2.1 Khung logic nghiên cứu đề tài 41

2.2 Cách tiếp cận 41

2.2.1 Tiếp cận hệ thống 41

2.2.2 Tiếp cận sinh thái 43

2.2.3 Tiếp cận tương tác mỏ - sinh thái - môi trường 44

2.2.4 Tiếp cận quản lý theo lưu vực sông 45

2.3 Phương pháp nghiên cứu 47

2.3.1 Phương pháp kế thừa, chọn lọc và tổng hợp tài liệu 47

2.3.2 Khảo sát thực địa và lấy mẫu nghiên cứu 47

2.3.3 Phương pháp xử lý mẫu và phân tích mẫu 52

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 54

2.3.5 Phương pháp tích hợp địa môi trường - địa sinh thái 54

2.4 Phương pháp thực nghiệm 55

2.4.1 Chế tạo, thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý của vật liệu chế tạo từ nguyên liệu khoáng 55

iii

2.4.2 Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số thực vật 71 2.4.3 Thí nghiệm phục vụ thiết kế hồ lắng tự lọc, thu hồi, tái sử dụng nước

thải 75

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU VÀ THỰC VẬT ĐỊA PHƯƠNG TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC80 3.1 Sử dụng nguyên liệu khoáng 80

3.1.1 Sử dụng nguyên liệu khoáng địa phương để xử lý ô nhiễm nước 80

3.1.2 Đặc trưng của một số vật liệu hấp phụ 81

3.1.3 Khả năng xử lý kim loại nặng trong nước của một số vật liệu hấp phụ biến tính 93

3.1.4 Khả năng xử lý kim loại nặng của SBC2-400-10S 101

3.2 Sử dụng thực vật 123

3.2.1 Nghiên cứu thực vật địa phương để xử lý ô nhiễm nước 123

3.2.2 Thực nghiệm khả năng các loài thực vật xử lý kim loại trong nước thải mỏ chì kẽm Chợ Đồn 136

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỊA MÔI TRƯỜNG - ĐỊA SINH THÁI NGĂN NGỪA, XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VÙNG TÂY BẮC 149

4.1 Lưu vực sông vùng Tây Bắc 149

4.2 Hiện trạng môi trường nước các lưu vực sông vùng Tây Bắc 151

4.2.1 Lưu vực sông Bằng Giang – Kỳ Cùng 151

4.2.2 Lưu vực sông Hồng – Thái Bình 153

4.2.3 Lưu vực sông Mã 156

iv

4.2.4 Lưu vực sông Cả 157

4.3 Ô nhiễm môi trường do khai thác và chế biến khoáng sản vùng Tây Bắc 157

4.3.1 Các mỏ khoáng sản vùng Tây Bắc 157

4.3.2 Công nghệ khai thác và chế biến một số mỏ vùng Tây Bắc 161

4.3.3 Hiện trạng môi trường một số mỏ kim loại vùng Tây Bắc 166

4.4 Định hướng áp dụng công nghệ địa môi trường, địa sinh thái xử lý ô nhiễm môi trường nước tại mỏ kim loại vùng Tây Bắc 173

4.4.1 Định hướng áp dụng công nghệ địa môi trường 173

4.4.2 Định hướng áp dụng công nghệ địa sinh thái 184

4.4.3 Định hướng áp dụng tích hợp công nghệ địa môi trường - địa sinh thái xử lý ô nhiễm môi trường nước tại mỏ kim loại vùng Tây Bắc 187

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỊA MÔI TRƯỜNG - ĐỊA SINH THÁI NGĂN NGỪA, XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC KHU MỎ CHÌ KẼM CHỢ ĐỒN 191

5.1 Đặc điểm địa môi trường, địa sinh thái khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 191 5.1.1 Giới thiệu khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 191

5.1.2 Đặc điểm địa chất và phân bố quặng hóa khu vực Chợ Đồn 195

5.1.3 Đặc điểm thành phần vật chất quặng chì - kẽm Chợ Đồn 201

5.1.4 Đặc điểm một số hệ sinh thái khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 216

5.1.5 Hoạt động khai thác và chế biến quặng chì kẽm mỏ Chợ Đồn 221

5.1.6 Hiện trạng xử lý nước thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 224

5.1.7 Hiện trạng môi trường nước khu mỏ 226

v

5.1.8 Hiện trạng môi trường đất khu mỏ 239

5.1.9 Hiện trạng môi trường trầm tích đáy khu vực mỏ 242

5.1.10 Tác động của khai thác và chế biến quặng đến các hệ sinh thái khu mỏ 247

5.2 Vật liệu và thực vật sử dụng trong quy trình công nghệ tích hợp địa môi trường – địa sinh thái quy mô pilot 257

5.2.1 Lựa chọn vật liệu hấp phụ 257

5.2.2 Lựa chọn thực vật 259

5.3 Áp dụng quy trình công nghệ tích hợp địa môi trường – địa sinh thái quy mô pilot 50 l/ngày đêm 270

5.3.1 Thiết kế quy trình công nghệ quy mô 50l/ngày đêm 270

5.3.2 Kết quả áp dụng quy trình công nghệ quy mô 50l/ngày đêm 274

5.4 Áp dụng quy trình công nghệ tích hợp địa môi trường – địa sinh thái khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn quy mô 5m 3 /ngày đêm 290

5.4.1 Quy trình công nghệ, máy móc thiết bị 290

5.4.2 Xây dựng, lắp đặt và vận hành 296

5.4.3 Đánh giá sự sinh trưởng và phát triển của cây Sậy 300

5.4.4 Đánh giá kết quả áp dụng quy trình công nghệ quy mô 5m3/ngày đêm 304

5.4.5 Chi phí xây dựng và vận hành hệ pilot 5m3 315

5.4.6 Bảo trì hệ pilot 5m3 316

5.5 Đề xuất công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái cho khu chế biến khoáng sản Lũng Váng 317

vi

5.5.1 Quy mô và địa điểm xây dựng 317

5.5.2 Công nghệ và máy móc thiết bị 318

5.5.3 Giải pháp đầu tư và tổ chức vận hành 340

5.5.4 Đánh giá khả năng xử lý vật liệu và thực vật sau khi sử dụng 346

5.5.5 So sánh tính hiệu quả của công nghệ tích hợp địa môi trường – địa sinh thái với một số công nghệ khác 349

5.5.6 Đánh giá khả năng và các điều kiện triển khai quy trình công nghệ tại các điểm ô nhiễm có điều kiện tương tự 352

KẾT LUẬN 355

TÀI LIỆU THAM KHẢO 361

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sử dụng bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt trong xử lý nước thải 28

Bảng 1.2 Một số ví dụ về việc sử dụng mô hình bãi lọc trồng cây với dòng chảy ngang để xử lý một số loại nước thải công nghiệp trên thế giới 30

Bảng 1.3 Hiệu suất của hệ thống VF – HF Colecott 32

Bảng 1.4 Ví dụ sử dụng bãi lọc trồng cây kết hợp xử lý nước thải 32

Bảng 2.1 Số lượng mẫu đã lấy tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 48

Bảng 2.2 Tên họ và loài một số thực vật thu thập tại khu vực nghiên cứu 50

Bảng 2.3 Tỷ lệ gia công và chế biến một số vật liệu hấp phụ điển hình 58

Bảng 2.4 Các thông số hệ thống hấp phụ hệ thống 2 và 3 67

Bảng 2.5 Hàm lượng kim loại trong nước (mg/l) 72

Bảng 2.6 Các thông số của thí nghiệm 78

Bảng 2.7 Thí nghiệm khảo sát hằng số thấm 78

Bảng 3.1 Thành phần khoáng vật của mẫu vật liệu hấp phụ 84

Bảng 3.2 Kết quả phân tích XRF thành phần hóa học của một số mẫu đá ong và bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn 85

Bảng 3.3 So sánh đặc trưng của một số vật liệu hấp phụ 87

Bảng 3.4 Kết quả nhóm hoạt động bề mặt vật liệu nguyên khai 89

Bảng 3.5 Mức hấp thụ của vật liệu bùn thải chế biến sắt biến tính 90

Bảng 3.6 Hàm lượng KLN trong dung dịch sau khi thí nghiệm (mg/l) 96

Bảng 3.7 Hàm lượng KLN trong dung dịch sau khi thí nghiệm (mg/l) 99

Bảng 3.8 Mô hình động học hấp phụ 105

Bảng 3.9 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 110

viii

Bảng 3.10 Khả năng giải hấp từ vật liệu hấp phụ (%) 112Bảng 3.11 Hàm lượng trung bình kim loại giải hấp từ vật liệu (mg/l) 112Bảng 3.12.Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Thomas 120Bảng 3.13 Một số loài thực vật và khả năng tích tụ KLN vùng Tây Bắc 125Bảng 3.14 Hàm lượng kim loại của các loài thực vật tiềm năng (mg/kg-DW) 146Bảng 4.1 Hệ thống sông chính và các phụ lưu sông ở khu vực Tây Bắc 149Bảng 4.2 Một số mỏ khoáng sản thuộc vùng Tây Bắc 159Bảng 4.3 Hàm lượng KLN trung bình trong mẫu nước mặt tại các mỏ 168Bảng 4.4 Hàm lượng KLN trung bình trong mẫu đất tại các mỏ 170Bảng 4.5 Thành phần lý-hóa của một số mẫu bùn thải đuôi quặng (tính theo trọng lượng khô) 172Bảng 4.6 Thành phần lý-hóa của nước hồ thải đuôi quặng từ chế biến một số khoáng sản kim loại 173Bảng 4.7 Thành phần khoáng vật sét Cổ Định – Thanh Hóa (%) 177Bảng 4.8 Thông số ô nhiễm chính trong một số mỏ kim loại khu vực Tây Bắc 189Bảng 5.1 Thành phần hóa học trung bình (%) của sphalerit thuộc các mỏ Chợ Đồn 205Bảng 5.2 Thành phần hóa học trung bình (%) của galenit thuộc các mỏ Chợ Đồn 205Bảng 5.3 Thành phần hóa học (%) của pyrit thuộc các mỏ Chợ Đồn 206Bảng 5.4 Một số thông số kỹ thuật hồ chứa khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 225

ix

Bảng 5.5 Một số ứng dụng của cây Sậy 267

Bảng 5.6 Hàm lượng kim loại trong nước thải (mg/l) 271

Bảng 5.7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm pilot 50l/ngày đêm 284

Bảng 5.8 Kết quả phân tích nước hồ lắng 3 291

Bảng 5.9 Khả năng phát triển của cây Sậy sau 1 tháng 301

Bảng 5.10 Khả năng phát triển của cây Sậy sau 2 tháng 302

Bảng 5.11 Khả năng phát triển của Sậy cây sau 3 tháng 302

Bảng 5.12 Chi phí thiết bị cho bồn chứa và hệ hấp phụ 315

Bảng 5.13 Chi phí cho bãi lọc trồng cây 316

Bảng 5.14 Kết quả phân tích nước thải đầu vào của hệ xử lý cũ 320

Bảng 5.15 So sánh kết quả lắng sau 1h của các thùng 321

Bảng 5.16 Bảng kết quả xác định tỷ khối 321

Bảng 5.17 Bảng tốc độ lắng theo kích thước hạt ở 20oC 328

Bảng 5.18 Bảng tỷ lệ khối lượng lắng theo độ sâu ở 20oC 329

Bảng 5.19 Một số loại vật liệu hấp phụ 335

Bảng 5.20 Dự toán chi phí đầu tư xây dựng hồ chứa 340

Bảng 5.21 Các hạng mục công trình của hệ thống xử lý nước thải Pb-Zn 341

Bảng 5.22 Tổng chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải Pb-Zn (không lớp lọc) 341

Bảng 5.23 Tổng chi phí đầu tư công trình xử lý nước thải Pb-Zn 343

(có lớp lọc) 343 Bảng 5.24 Chi phí xây dựng và vận hành một số hệ thống xử lý nước thải 350

x Bảng 5.25 Hình thức khai thác và chế biến khoáng sản một số mỏ kim loại vùng Tây Bắc 353

xi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình vách thấm hoạt tính 18

Hình 1.2 Mặt cắt ngang của hệ thống kiềm hóa liên tiếp 20

Hình 1.3 Mặt cắt ngang của kênh đá vôi yếm khí 21

Hình 1.4 Mặt cắt ngang công nghệ Aluminator 24

Hình 1.5 Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy tự do bề mặt 27

Hình 1.6 Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng 29

Hình 1.7 Mô hình bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang 29

Hình 1.8 Hệ thống bãi lọc trồng cây kết hợp dựa trên quan niệm của Seidel (trái); Brix và Johansen (phải) 31

Hình 1.9 Sơ đồ mô hình tích hợp địa môi trường – địa sinh thái 34

Hình 1.10 Sơ đồ minh họa hệ thống xử lý tại mỏ chì West Fork 34

Hình 1.11 Sơ đồ minh họa hệ thống tích hợp xử lý nước thải tại Somerset 36

Hình 2.1 Khung logic nghiên cứu đề tài 42

Hình 2.2 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 48

Hình 2.3 Khu khai thác và chế biến khoáng sản Chợ Đồn 49

Hình 2.4 Khảo sát, lấy mẫu đá ong Tam Dương (Vĩnh Phúc, a) và Thạch Thất (Hà Tây, b); bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn (c) 52

Hình 2.5 Mẫu trước và sau khi sấy 56

Hình 2.6 a) Máy nghiền HERZOG b) Máy nghiền MRC 56

Hình 2.7 Mẫu sau khi nghiền bằng máy MRC và máy HERZOG 56

Hình 2.8 Chế tạo vật liệu hấp phụ 58

Hình 2.9 Các dạng hấp phụ đẳng nhiệt 63

xii

Hình 2.10 Một số hình ảnh thí nghiệm 66

Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm hấp phụ cột 67

Hình 2.12 Đường cong thoát cột hấp phụ 69

Hình 2.13 Thí nghiệm hấp phụ cột 70

Hình 2.14 Trồng cây trong phòng thí nghiệm 73

Hình 2.15 Hệ thống trồng Dương xỉ 73

Hình 2.16 Hệ thống trồng cây Sậy 73

Hình 2.17 Hệ thống trồng cỏ Chít 73

Hình 2.18 Quy trình làm thí nghiệm trồng cây trong nước có pH khác nhau 74 Hình 2.19 Cây được trồng với các pH khác nhau 74

Hình 2.20 Mẫu nước trước và sau khi lắng trong 1h 75

Hình 2.21 Thiết bị phân tích kích thước hạt 77

Hình 3.1 Kết quả đo XRD của mẫu đá ong Thạch Thất, Hà Nội 82

Hình 3.2 Kết quả đo XRD của mẫu đá ong Tam Dương, Vĩnh Phúc 82

Hình 3.3 Kết quả đo XRD mẫu bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn, tỉnh Bắc Kạn 83

Hình 3.4 So sánh khả năng hấp phụ của các vật liệu đá ong biến tính 94

Hình 3.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung tới khả năng hấp phụ của một số vật liệu bùn thải chế biến sắt biến tính 96

Hình 3.6 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ trộn chất kết dính khác nhau tới khả năng hấp phụ của một số vật liệu bùn thải chế biến sắt biến tính 98

Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Mn, Zn, Cd, Pb và As của SBC2-400-10S 102

xiii

Hình 3.8 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc vật liệu đến khả năng

hấp phụ kim loại Mn, Zn, Cd, Pb và As của SBC2-400-10S 104

Hình 3.9 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kim loại đến khả năng hấp phụ kim loại Mn, Zn, Cd, Pb và As của SBC2-400-10S 109

Hình 3.10 Sự ảnh hưởng pH tới quá trình giải hấp Mn, Zn, Cd, Pb, As của SBC2-400-10S 114

Hình 3.11 Hấp phụ cột của vật liệu SBC2-400-10S với Mn, Zn, Cd, Pb và As – Hệ thống 2 118

Hình 3.12 Hấp phụ cột của vật liệu SBC2-400-10S với Mn, Zn, Cd, Pb và As – Hệ thống 3 118

Hình 3.13 Đường cong thoát của cột vật liệu SBC2-400-10S- Hệ thống 2 119 Hình 3.14 Đường cong thoát của cột vật liệu SBC2-400-10S -Hệ thống 3 119 Hình 3.15 Khả năng xử lý Mn, Zn, Cd, Pb và As của SBC2-400-10S 121

Hình 3.16 Hàm lượng As trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 127

Hình 3.17 Hàm lượng As cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 128

Hình 3.18 Hàm lượng Pb trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 129

Hình 3.19 Hàm lượng Pb cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 129

Hình 3.20 Hàm lượng Mn trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 130

Hình 3.21 Hàm lượng Mn cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 130

Hình 3.22 Hàm lượng Fe trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 131

Hình 3.23 Hàm lượng Fe cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 132

Hình 3.24 Hàm lượng Zn trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 133

Hình 3.25 Hàm lượng Zn cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 133

xiv

Hình 3.26 Hàm lượng Cd trung bình trong mẫu thực vật (mg/kg-DW) 135

Hình 3.27 Hàm lượng Cd cao nhất trong phần thân-lá (mg/kg-DW) 135

Hình 3.28 Hàm lượng Mn trong nước trồng cây Sậy 137

Hình 3.29 Hàm lượng Mn trong nước trồng cây Thân đốt xòe 137

Hình 3.30 Hàm lượng Mn trong nước trồng cây Dương xỉ 138

Hình 3.31 Hàm lượng Fe trong nước trồng cây Sậy 138

Hình 3.32 Hàm lượng Fe trong nước trồng cây Thân đốt xòe 139

Hình 3.33 Hàm lượng Fe trong nước trồng cây Dương xỉ 139

Hình 3.34 Hàm lượng Zn trong nước trồng cây Sậy 140

Hình 3.35 Hàm lượng Zn trong nước trồng cây Thân đốt xòe 140

Hình 3.36 Hàm lượng Zn trong nước trồng cây Dương xỉ 140

Hình 3.37 Hàm lượng As trong nước trồng cây Sậy 141

Hình 3.38 Hàm lượng As trong nước trồng cây Thân đốt xòe 141

Hình 3.39 Hàm lượng As trong nước trồng cây Dương xỉ 142

Hình 3.40 Hàm lượng Cd trong nước trồng cây Sậy 142

Hình 3.41 Hàm lượng Cd trong nước trồng cây Thân đốt xòe 143

Hình 3.42 Hàm lượng Cd trong nước trồng cây Dương xỉ 143

Hình 3.43 Hàm lượng Pb trong nước trồng cây Sậy 144

Hình 3.44 Hàm lượng Pb trong nước trồng cây Thân đốt xòe 144

Hình 3.45 Hàm lượng Pb trong nước trồng cây Dương xỉ 144

Hình 4.1 Sơ đồ phân bố khoáng sản lưu vực sông Tây Bắc 158

xv

Hình 4.2 Bãi tập kết quặng và bãi thải chì kẽm tại mỏ Pù Sáp gần ngay lòng

suối Tủm Tó (Nam Chợ Đồn) 162

Hình 4.3 Bãi tập kết quặng và bãi thải chì kẽm tại khu mỏ Bằng Lãng (Nam Chợ Đồn) 162

Hình 4.4 Một trong các moong tái khai thác thiếc sa khoáng Mỏ Bắc Lũng 163

Hình 4.5 Moong tái khai thác mỏ thiếc Sơn Dương 163

Hình 4.6 Khu vực khai thác quặng antimon Mậu Duệ 165

Hình 4.7 Quặng thải đổ ra suối mỏ antimony Mậu Duệ 165

Hình 4.8 Quy trình công nghệ địa môi trường 184

Hình 4.9 Quy trình ĐST trong việc ngăn ngừa và xử lý ô nhiễm nước khu vực khai thác và chế biến khoáng sản đa kim vùng Tây Bắc 186

Hình 4.10 Quy trình công nghệ tích hợp ĐMT – ĐST 190

Hình 5.1 Bãi thải tại mỏ Pb-Zn Nà Bốp 199

Hình 5.2 Khu mỏ Lũng Hoài 199

Hình 5.3 Kết quả phân tích mẫu quặng mỏ Pù Sáp bằng nhiễu xạ tia Roentgen 201

Hình 5.4 Kết quả phân tích mẫu quặng mỏ Nà Bốp bằng nhiễu xạ tia Rơntgen 202

Hình 5.5 Kết quả phân tích mẫu đá mỏ Nà Bốp bằng nhiễu xạ tia Rơntgen202 Hình 5.6 Kết quả phân tích mẫu đá mỏ Bắc Lũng Hoài bằng nhiễu xạ tia Rơntgen 203

Hình 5.7 Khoáng vật được soi dưới kính hiển vi điện tử lát mỏng quặng 203

NB15-O4 tại mỏ Nà Bốp 203

xvi

Hình 5.8 Một số khoáng vật trong mẫu quặng DA15-O2 Đèo An 207

Hình 5.9 Một số khoáng vật trong mẫu quặng BT15-O1 tại mỏ Bình Trai 208 Hình 5.10 Một số khoáng vật trong mẫu đá NB15-R2 tại mỏ Nà Bốp 208

Hình 5.11 Hàm lượng Zn trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 210

Hình 5.12 Hàm lượng Zn trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 210

Hình 5.13 Hàm lượng Pb trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 211

Hình 5.14 Hàm lượng Pb trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 211

Hình 5.15 Hàm lượng As trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 212

Hình 5.16 Hàm lượng As trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 212

Hình 5.17 Hàm lượng Cd trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 213

Hình 5.18 Hàm lượng Cd trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 213

Hình 5.19 Hàm lượng Fe2O3 trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 214

Hình 5.20 Hàm lượng Fe2O3 trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 214

Hình 5.21 Hàm lượng MnO trong quặng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 215

Hình 5.22 Hàm lượng MnO trong đuôi thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 215

Hình 5.23 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất của huyện Chợ Đồn 216

Hình 5.24 Đất trồng lúa 217

Hình 5.25 Đất ở 217

Hình 5.26 Đất rừng tự nhiên 217

Hình 5.27 Đất tự nhiên sau nương rẫy 217

Hình 5.28 Bãi đất trồng ngô, cây hoa màu khu vực gần mỏ Ba Bồ 218

Hình 5.29 Ruộng trồng ngô cạnh 218

xvii

bãi thải khu mỏ Nà Bốp 218

Hình 5.30 Bãi trồng ngô cạnh khu vựcmỏ Nà Tùm 218

Hình 5.31 Ruộng lúa, bãi ngô khu vực suối chảy đến mỏ Ba Bồ 218

Hình 5.32 Hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi 219

Hình 5.33 Suối chảy dọc theo mỏ Nà Bốp 220

Hình 5.34 Điểm xuất lộ khe suối mỏ Đèo An 220

Hình 5.35 Sơ đồ công nghệ chế biến chì kẽm 223

Hình 5.36 Sơ đồ hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chì kẽm 225

Hình 5.37 Biểu đồ hàm lượng BOD5 và COD trong các mẫu nước 226

khu chế biến Lũng Váng 226

Hình 5.38 Biểu đồ hàm lượng BOD5 và COD trong các mẫu nước 227

khu Nam Chợ Đồn 227

Hình 5.39 Biểu đồ hàm lượng COD trong các mẫu nước khu vực Bắc Chợ Đồn 227

Hình 5.40 Hàm lượng Mn trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng 228

Hình 5.41 Hàm lượng Mn trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 228 Hình 5.42 Hàm lượng Mn trong môi trường nước khu vực Bắc Chợ Đồn 229 Hình 5.43 Hàm lượng Fe trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng 230 Hình 5.44 Hàm lượng Fe trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 230

Hình 5.45 Hàm lượng Fe trong môi trường nước khu mỏ Bắc Chợ Đồn 231

Hình 5.46 Hàm lượng Zn trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng 232

xviii

Hình 5.47 Hàm lượng Zn trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 232Hình 5.48 Hàm lượng Zn trong môi trường nước khu mỏ Bắc Chợ Đồn 233Hình 5.49 Hàm lượng As trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng 234Hình 5.50 Hàm lượng As trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 234Hình 5.51 Hàm lượng As trong môi trường nước khu mỏ Bắc Chợ Đồn 235Hình 5.52 Hàm lượng Cd trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng 235Hình 5.53 Hàm lượng Cd trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 236Hình 5.54 Hàm lượng Cd trong môi trường nước khu mỏ Bắc Chợ Đồn 236Hình 5.55 Hàm lượng Pb trong môi trường nước khu chế biến Lũng Váng237Hình 5.56 Hàm lượng Pb trong môi trường nước khu mỏ Nam Chợ Đồn 238Hình 5.57 Hàm lượng Pb trong khu mỏ Bắc Chợ Đồn 238Hình 5.58 Phân bố hàm lượng Mn trong đất tại khu vực Chợ Đồn 239Hình 5.59 Phân bố hàm lượng Fe trong đất tại khu vực Chợ Đồn 240Hình 5.60 Phân bố hàm lượng kẽm trong đất tại khu vực Chợ Đồn 240Hình 5.61 Phân bố hàm lượng As trong đất tại khu vực Chợ Đồn 241Hình 5.62 Phân bố hàm lượng Cd trong đất tại khu vực Chợ Đồn 241Hình 5.63 Phân bố hàm lượng chì trong đất tại khu vực Chợ Đồn 242Hình 5.64 Phân bố hàm lượng Mn trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 243Hình 5.65 Phân bố hàm lượng Fe trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 243Hình 5.66 Phân bố hàm lượng Zn trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 244Hình 5.67 Phân bố hàm lượng As trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 245

xix

Hình 5.68 Phân bố hàm lượng Cd trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 246Hình 5.69 Phân bố hàm lượng Pb trong trầm tích tại khu vực Chợ Đồn 246Hình 5.70 Bãi thải đất đá mỏ Nà Bốp cạnh cánh đồng hoa màu 251Hình 5.71 Bãi tập kết đuôi quặng khu chế biến Lũng Váng 251Hình 5.72 Hoạt động KT&CB Lũng Váng chiếm dụng diện tích rừng lớn 252Hình 5.73 Bãi đất thải trước nhà máy chế biến khu Lũng Váng 252Hình 5.74 Nước thải xả trực tiếp ra ruộng lúa 253Hình 5.75 Bãi đá thải cạnh ruộng lúa 253Hình 5.76 Hàm lượng kim loại trong các mẫu ngô và lúa (mg/kg-DW) trồng xung quanh khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 254Hình 5.77 Tỷ lệ giữa hàm lượng kim loại trong lúa trồng xung quanh khu mỏvới mẫu đối sánh 255Hình 5.78 Tỷ lệ giữa hàm lượng kim loại trong ngô trồng xung quanh khu

mỏ với mẫu đối sánh 255Hình 5.79 Lá cây Sậy 260Hình 5.84 Tình trạng cây Sậy khi kết thúc thí nghiệm 265Hình 5.85 Sự phân bố của cây Sậy trên thế giới 269Hình 5.86 Cây Sậy mọc ven suối khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn 270Hình 5.87 Cột vật liệu 271Hình 5.88 Thiết kế hệ thống dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 273Hình 5.89 Hệ pilot 50l/ngày đêm sử dụng vật liệu và hệ thống dòng chảy mặt – dòng chảy ngầm 274

xx

Hình 5.90 Hàm lượng Mn trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 275Hình 5.91 Hàm lượng Zn trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 276Hình 5.92 Hàm lượng As trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 277Hình 5.93 Hàm lượng Cd trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 278Hình 5.94 Hàm lượng Pb trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 278Hình 5.95 Hàm lượng Mn trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 279Hình 5.96 Hàm lượng Zn trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 280Hình 5.97 Hàm lượng As trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 281Hình 5.98 Hàm lượng Cd trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 282Hình 5.99 Hàm lượng Pb trong nước chảy qua hệ thống vật liệu, dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm 283Hình 5.100 Lượng KLN mất đi trong dung dịch so với lượng KLN tích lũy trong cột vật liệu 285Hình 5.101 Hàm lượng Mn trong cây Sậy 286Hình 5.102 Hàm lượng Zn trong cây Sậy 286

xxi

Hình 5.103 Hàm lượng As trong cây Sậy 287Hình 5.104 Hàm lượng Cd trong cây Sậy 288Hình 5.105 Hàm lượng Pb trong cây Sậy 288Hình 5.106 Hệ số tích lũy kim loại của cây Sậy 289Hình 5.107 Hệ số vận chuyển kim loại của cây Sậy 290Hình 5.108 Mặt bằng và mặt cắt bồn chứa 293Hình 5.109 Sơ đồ hệ thống xử lý 294Hình 5.110 Bản vẽ hệhấp phụ 294Hình 5.111 Mặt bằng bố trí hệ xử lý nước thải 5m3/ngày đêm 296Hình5.112 Xây dựng hệ thống bể lắng (Mô đun 1) 297Hình 5.113 Hệ thống bể hấp phụ 297Hình 5.114 Chia thành các mô đun trong bể lọc trồng cây 299Hình 5.115 Thu thập cây Sậy về trồng 299Hình 5.116 Trồng cây trong bể lọc 299Hình 5.117 Cây Sậy trồng sau 7 ngày và 1 tháng của hệ pilot 5m3/ngày đêm 300Hình 5.118 Cây Sậy trồng sau 2 và 3 tháng của hệ pilot 5m3/ngàyđêm 300Hình 5.119 Cây Sậy trồng sau 4 và 6 tháng của hệ pilot 5m3/ngày đêm 303Hình 5.120 Cây Sậy trồng sau 8 tháng của hệ pilot 5m3/ngày đêm 303Hình 5.121 Giá trị BOD5 và COD trong nước 304Hình 5.122 Hàm lượng TSS trong nước (mg/l) 305Hình 5.123 Hàm lượng Mn trong nước (mg/l) 306

xxii

Hình 5.124 Hàm lượng Fe trong nước (mg/l) 307Hình 5.125 Hàm lượng Zn trong nước (mg/l) 309Hình 5.126 Hàm lượng As trong nước (mg/l) 310Hình 5.127 Hàm lượng Cd trong nước (mg/l) 311Hình 5.128 Hàm lượng Pb trong nước (mg/l) 313Hình 5.129 Hàm lượng Fe, Mn và Zn trong cây Sậy (mg/kg-DW) 314Hình 5.130 Hàm lượng Cd, Pb và As trong cây Sậy (mg/kg-DW) 314Hình 5.131 Sơ đồ công nghệ hệ xử lý nước thải 319Hình 5.132 Mối tương quan giữa đường kính hạt và tổng khối lượng các hạt 323Hình 5.133 Mối tương quan giữa đường kính hạt và khối lượng hạt 323Hình 5.134 Mối tương quan giữa đường kính hạt và tổng khối lượng các hạt 324Hình 5.135 Mối tương quan giữa đường kính hạt và khối lượng hạt 324Hình 5.136 Mối tương quan giữa đường kính hạt và tổng khối lượng các hạt 325Hình 5.137 Mối tương quan giữa đường kính hạt và khối lượng hạt 326Hình 5.138 Mối tương quan giữa đường kính hạt và tổng khối lượng các hạt 326Hình 5.139 Mối tương quan giữa đường kính hạt và khối lượng hạt 327Hình 5.140 Khả năng thấm của bùn thải Pb-Zn 330Hình 5.141 Kết cấu hồ lắng tự lọc tối ưu 331Hình 5.142 Bản vẽ hồ lắng tự lọc 333

xxiii

Hình 5.143 Bố trí các ống thu gom nước trong lớp thu gom nước 334Hình 5.144 Mặt bằng và mặt cắt hệ hấp phụ 336Hình 5.145 Mặt cắt đứng của hệ lọc trồng cây 339Hình 5.146 Mặt bằng bố trí hệ lọc trồng cây 339Hình 5.147 Hệ thống hồ lắng tại các khu chế biến khoáng sản 343Hình 5.148 Khả năng loại bỏ kim loại nặng của đuôi thải khu chế biến Lũng Váng 345

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khai thác, chế biến khoáng sản phục vụ phát triển kinh tế - xã hội là rất quan trọng đối với nhiều nước trên thế giới, nhất là đối với những nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam Hoạt động này, một mặt đem lại lợi ích to lớn cho nền kinh tế, nhưng mặt khác cũng gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên và xã hội Khai thác, chế biến khoáng sản ở vùng Tây Bắc Việt Nam trong thời gian qua cũng nằm trong bối cảnh đó Tây Bắc là phần đầu nguồn của nhiều hệ thống sông, các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản có thể gây ô nhiễm trên diện rộng đến khu vực trung và hạ lưu Trên thực tế, phần lớn chất thải từ khai thác, chế biến khoáng sản trong vùng, bao gồm chất thải rắn và nước thải được xử lý theo công nghệ truyền thống, nhưng hiệu quả chưa cao Một trong những thách thức lớn nhất đối với việc

xử lý nước thải do khai thác và chế biến khoáng sản tại Việt Nam nói chung

và đặc biệt với những vùng khó khăn như vùng Tây Bắc thì kinh phí xử lý ô nhiễm là yếu tố quyết định đến việc lựa chọn công nghệ xử lý Ngoài ra, việc

xử lý ô nhiễm môi trường các khu khai thác và chế biến khoáng sản thường tốn kém do địa hình phức tạp, xa khu dân cư Do đó, việc lựa chọn công nghệ hiệu quả về xử lý, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường dựa trên lợi thế điều kiện tự nhiên và nguồn nguyên liệu sẵn có của khu vực đóng vai trò quan trọng để có thể triển khai nhân rộng hệ thống xử lý nước thải các khu khai thác và chế biến vùng Tây Bắc

Chì kẽm là một trong những khoáng sản rất phổ biến ở nước ta Quặng hóa chì kẽm thuộc phạm vi tỉnh Bắc Kạn chiếm tới 80% trữ lượng Pb+Zn trong cả nước, trong đó mỏ Chợ Đồn là mỏ chì kẽm lớn nhất Việt Nam Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản bắt đầu từ cuối thế kỷ 18 đến nay đã làm phát tán một lượng lớn các chất thải, chất ô nhiễm vào môi trường và hệ

2

sinh thái, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cộng đồng sống xung quanh Ngoài ra, khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn nằm trên thượng nguồn sông Cầu Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản ở đây có thể làm phát tán chất ô nhiễm đến các tỉnh trung lưu và hạ lưu (Thái Nguyên, Hà Nội, Bắc Giang, Bắc Ninh…) nơi thường xuyên sử dụng nước sông Cầu cho nhiều mục đích khác nhau.Vì vậy, ngăn ngừa và xử lý ô nhiễm tại nguồn thì sẽ giảm nhẹ gánh nặng ô nhiễm cho các tỉnh ở trung và hạ lưu sông Cầu

Trên thế giới đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến để xử lý chất thải từ khai thác, chế biến khoáng sản kim loại, trong đó có công nghệ địa môi trường (ĐMT), công nghệ địa sinh thái (ĐST) Công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái (ĐMT – ĐST) là công nghệ ứng dụng nguyên lý của các khoa học trái đất và chức năng của môi trường địa chất, hệ sinh thái nhằm hạn chế sự phát tán, đồng hóa các chất ô nhiễm và nâng cao khả năng chống chịu chất ô nhiễm của môi trường - hệ sinh thái, sử dụng các thành tạo địa chất và

hệ sinh thái để xử lý ô nhiễm môi trường nước Các công nghệ mới này mới được du nhập vào Việt Nam đang còn trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm

Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu, áp dụng và cải tiến công nghệ tích hợp ĐMT – ĐST cho phù hợp với hoàn cảnh Việt Nam và các vùng khai thác, chế biến khoáng sản cụ thể Do đó,đề tài ―Nghiên cứu, áp dụng công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái nhằm ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước tại một số điểm ở các lưu vực sông vùng Tây Bắc‖ được đề xuất và thử nghiệm trình diễn tại khu vực mỏ chì kẽm Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn

2 Phạm vi nghiên cứu và thời gian thực hiện

Phạm vi nghiên cứu: Các khu mỏ khoáng sản vùng Tây Bắc, bao gồm

12 tỉnh (Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hoà Bình, Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Phú Thọ, Tuyên Quang) và 21 huyện phía Tây của hai tỉnh Thanh Hóa và Nghệ An

3

Thời gian thực hiện: 27 tháng (từ tháng 10/2014 đến tháng 12/2016)

3 Cơ sở pháp lý của đề tài

Cơ sở pháp lý để triển khai thực hiện đề tài ―Nghiên cứu, áp dụng công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái nhằm ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước tại một số điểm ở các lưu vực sông vùng Tây Bắc‖, mã số: KHCN-TB.02C/13-18 là hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 13/2014/HĐ-KHCN-TB.02C/13-18 ngày 24 tháng 10 năm 2014 đã

ký giữa Văn phòng Chương trình Tây Bắc, Ban chủ nhiệm Chương trình Tây Bắc và Hội Địa hóa Việt Nam, chủ nhiệm đề tài là TS Nguyễn Thị Hoàng Hà với các nội dung nghiên cứu, tiến độ hoàn thành và yêu cầu chất lượng sản phẩm được quy định cụ thể trong phụ lục kèm theo Hợp đồng số 13/2014/HĐ-KHCN-TB.02C/13-18

4 Mục tiêu của đề tài

1) Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn của việc áp dụng công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST phục vụ xử lý ô nhiễm;

2) Áp dụng quy trình công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST ngăn ngừa, xử

lý ô nhiễm môi trường nước liên quan đến hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản ở các lưu vực sông vùng Tây Bắc (lấy ví dụ tại

mỏ chì kẽm vùng Bắc Kạn)

5 Nội dung của đề tài

1) Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn của việc áp dụng công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST phục vụ xử lý ô nhiễm môi trường nước, áp dụng cho vùng Tây Bắc;

2) Nghiên cứu, xây dựng quy trình công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước tại một số điểm khai thác và chế biến khoáng sản đa kim ở lưu vực sông vùng Tây Bắc;

4

3) Triển khai áp dụng thí điểm quy trình công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm nước thải tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn (tỉnh Bắc Kạn);

4) Xây dựng báo cáo, tổng hợp đề tài

6 Tổ chức thực hiện đề tài

Cơ quan chủ trì đề tài: Hội Địa hóa Việt Nam

Cơ quan phối hợp thực hiện đề tài:

- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội;

- Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

đa kim khu vực Bắc Kạn;

- Hệ pilot tích hợp công nghệ ĐMT – ĐST xử lý nước thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn; Chi tiết thiết kế phụ thuộc kết quả nghiên cứu và điều kiện thực tế khu mỏ;

- Quy trình công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST trong xử lý ô nhiễm môi trường vùng khai thác mỏ chì kẽm vùng Bắc Kạn đạt tiêu chuẩn cho phép của Bộ Tài nguyên và Môi trường về nước thải công nghiệp;

5

- Kết quả xử lý thử nghiệm bằng công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST xử lý

ô nhiễm nước thải tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn (tỉnh Bắc Kạn) đạt quy chuẩn môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường;

- Báo cáo tổng kết đề tài, các báo cáo chuyên đề;

- Các bài báo khoa học: 01 bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành quốc

tế thuộc hệ thống ISI/Scopus, 02 bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành trong nước, 02 bài báo đăng trong kỷ yếu hội thảo;

- Sản phẩm đào tạo: 02 thạc sỹ và hỗ trợ đào tạo 01 nghiên cứu sinh Các sản phẩm vượt mức so với sản phẩm đã đăng ký:

- Phân tích chỉ tiêu Mn trong các mẫu đất, trầm tích, nước, thực vật; xử

lý thêm chỉ tiêu Mn trong nước thải;

- Cột hấp phụ 11,5 cm x 160 cm: 02 cột;

- Hạt vật liệu hấp phụ chế tạo từ bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn (huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn): 200 kg;

- Hệ lọc trồng cây 50l/ngày đêm (190 cm x 28 cm x 50 cm): 02 hệ;

- Các bài báo khoa học: 02 bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành trong nước, 01 bài báo đăng trong kỷ yếu hội thảo quốc tế;

- Hướng dẫn vận hành và bảo trì hệ pilot tích hợp công nghệ ĐMT – ĐST xử lý nước thải khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn (Phụ lục 4)

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài này trên cơ sở nghiên cứu một số mỏ ở vùng Tây Bắc, thử nghiệm tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn đã góp phần hoàn thiện

cơ sở lý thuyết (hệ phương pháp luận nghiên cứu, áp dụng quy trình công nghệ tích hợp ĐMT – ĐST; lý thuyết và sự phát triển công nghệ tích hợp ĐMT – ĐST trên thế giới và ở Việt Nam), thực tiễn (đặc trưng ĐMT – ĐST

6

một số mỏ, tác động của hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản đến môi trường và hệ sinh thái, khả năng cung ứng và sử dụng nguyên liệu khoáng, thực vật địa phương trong xử lý ô nhiễm) và phát triển công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST (hiệu quả về xử lý và chi phí, thân thiện với môi trường dựa trên tận dụng lợi thế về điều kiện ĐMT – ĐST, nguồn cung cấp nguyên liệu khoáng tự nhiên, thực vậtđịa phương, sử dụng chất thải của hoạt động khai khoáng để xử lý nước thải do hoạt động này sinh ra) xử lý ô nhiễm nước tại các khu khai thác, chế biến khoáng sản

Thực nghiệm các công nghệ trên tại mỏ Chợ Đồn cho thấy việc ứng dụng chúng vào thực tế Việt Nam có rất nhiều triển vọng Đề tài đã chuyển giao kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cho Công ty Cổ phần Khoáng sản Bắc Kạn tiếp tục sử dụng Công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST xử lý ô nhiễm môi trường do nước thải mỏ có thể nhân rộng áp dụng cho các khu vực khác trong phạm vi vùng Tây Bắc có điều kiện tự nhiên, ĐMT, ĐST tương tự

Kết quả của đề tài có thể làm cơ sở cho việc bổ sung, hoàn thiện chính sách hỗ trợ triển khai áp dụng công nghệ tích hợp ĐMT – ĐST với chi phí phù hợp để ngăn ngừa ô nhiễm môi trường nước, góp phần đảm bảo an ninh môi trường và phát triển bền vững vùng khai khoáng nói riêng và vùng Tây Bắc nói chung

Đề tài góp phần phát triển nguồn nhân lực về nghiên cứu và phát triển công nghệ ĐMT, ĐST Kết quả đề tài đã góp phần tích cực phát triển hướng nghiên cứu và đào tạo về ĐMT, ĐST ở Việt Nam

9 Địa chỉ bàn giao sản phẩm

Đăng ký trong hợp đồng:

- Văn phòng Chương trình Tây Bắc;

- Công ty Cổ phần Khoáng sản Bắc Kạn (BKC)

7

Dự kiến chuyển giao vượt mức so với đăng ký trong hợp đồng:

- Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường;

- Các sở tài nguyên, môi trường các tỉnh Tây Bắc

10 Cấu trúc của báo cáo tổng hợp đề tài

Ngoài mở đầu và kết luận, báo cáo tổng hợp đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về địa môi trường, địa sinh thái và công nghệ tích hợp địa môi trường-địa sinh thái

Chương 2: Phương pháp luận nghiên cứu đề tài

Chương 3: Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu khoáng và thực vật địa phương trong xử lý ô nhiễm môi trường nước

Chương 4: Áp dụng công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước lưu vực sông vùng Tây Bắc Chương 5: Kết quả áp dụng công nghệ tích hợp địa môi trường-địa sinh thái ngăn ngừa, xử lý ô nhiễm môi trường nước khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn

8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỊA MÔI TRƯỜNG, ĐỊA SINH THÁI

VÀ CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỊA MÔI TRƯỜNG - ĐỊA SINH THÁI

Nhiều công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường đã được nghiên cứu và áp dụng nhằm ngăn ngừa sự phát tán các chất ô nhiễm ra môi trường xung quanh Công nghệ địa môi trường (ĐMT), địa sinh thái (ĐST), tích hợp địa môi trường – địa sinh thái (ĐMT - ĐST) là những công nghệ dựa trên khả năng của môi trường, hệ sinh thái trong chống chịu, đồng hóa, xử lý các chất

ô nhiễm Đây là những công nghệ có tính khả thi, thân thiện với môi trường

và tiết kiệm chi phí xử lý ô nhiễm Một số mô hình áp dụng thành công quy trình tích hợp ĐMT - ĐST mở ra khả năng và triển vọng áp dụng công nghệ này tại Việt Nam

1.1 Khái niệm địa môi trường và công nghệ địa môi trường

1.1.1 Địa môi trường

Địa môi trường là một lĩnh vực khoa học, nghiên cứu một phần thạch quyển, nơi ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện tồn tại và sự phát triển của xã hội mà con người khai thác và chuyển đổi Đối tượng nghiên cứu của ĐMT là

bề mặt của vỏ Trái đất, nơi có sự tương tác mạnh mẽ giữa các quyển: Thạch quyển, thủy quyển, sinh quyển, khí quyển

1.1.2 Công nghệ địa môi trường

Công nghệ ĐMT là một lĩnh vực kỹ thuật liên ngành với định hướng phát triển các giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng

và phát triển bền vững [126]

Công nghệ ĐMT là công nghệ ứng dụng nguyên lý của các khoa học Trái đất và chức năng của môi trường địa chất nhằm hạn chế sự di chuyển và phát tán của các chất ô nhiễm, thiết kế và triển khai các phương án xử lý, tái

sử dụng các chất ô nhiễm [13]

9

1.2 Khái niệm địa sinh thái và công nghệ địa sinh thái

1.2.1 Địa sinh thái

Địa sinh thái là một môn khoa học nghiên cứu trạng thái của môi trường địa chất và các thành phần, các quá trình diễn ra bên trong nó có tác động lên các quyển của Trái đất [82] Địa sinh thái là một lĩnh vực khoa học nghiên cứu hệ thống sinh thái của sinh quyển trong mối liên quan với môi trường địa chất, địa lý, vật chất sống [142]

1.2.2 Công nghệ địa sinh thái

Công nghệ ĐST là công nghệ sử dụng các chức năng của hệ sinh thái nhằm đồng hóa và xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường địa chất [119]

1.3 Khái niệm công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái

1.3.1 Sự tích hợp công nghệ

Tích hợp là quá trình hợp nhất cơ sở lý thuyết và phương pháp luận các lĩnh vực khoa học riêng lẻ để hình thành một lĩnh vực khoa học mang tính liên ngành nhằm đáp ứng nhu cầu giải quyết những vấn đề mà một lĩnh vực khoa học riêng lẻ không giải quyết được [156]

1.3.2 Công nghệ tích hợp địa môi trường - địa sinh thái

Trong nghiên cứu này, công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST được hiểu là công nghệ ứng dụng nguyên lý của các khoa học Trái đất và chức năng của môi trường địa chất, hệ sinh thái nhằm hạn chế sự phát tán, đồng hóa các chất

ô nhiễm và nâng cao khả năng chống chịu chất ô nhiễm của môi trường và hệ sinh thái, sử dụng các thành tạo địa chất và hệ sinh thái để xử lý ô nhiễm môi trường

để xử lý ô nhiễm môi trường nước Tuy nhiên, nhiều công nghệ xử lý thườngcó chi phí xây dựng và vận hành cao, xử lý không triệt để, hoặc làm phát sinh chất thải thứ cấp cần phải xử lý tiếp Vào những năm 90 của thế kỷ

20, trên thế giới bắt đầu phát triển một số giải pháp mới như dùng vi sinh, thực vật… để xử lý ô nhiễm môi trường tại một số vùng khai thác và chế biến khoáng sản Đó là cơ sở thực tiễn để hình thành loại hình công nghệ mới với tên gọi là công nghệ ĐMT, công nghệ ĐST để xử lý nước thải tại các khu vực khai thác chế biến khoáng sản Vào những thập niên đầu của thế kỷ 21, hướng công nghệ này phát triển ở nhiều nơi trên thế giới Một số nguyên liệu tự nhiên được sử dụng để xử lý nước thải mỏ như: Zeolit, đá ong, đá vôi, khoáng vật sét, khoáng vật pyrit Một số thực vật, các hệ sinh thái, nhất là hệ sinh thái ngập nước được tận dụng để giải tỏa, đồng hóa các chất ô nhiễm cũng được nghiên cứu và ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới [119]

Việc sử dụng kết hợp các nguồn nguyên liệu khoáng tự nhiên và thực vật cũng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao khả năng và hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trường với các phương pháp kỹ thuật: Trung hòa, trao đổi ion, kết tủa, đặc biệt là phương pháp hấp phụ, bãi lọc trồng cây, trên

cơ sở đó hình thành công nghệ ĐMT, công nghệ ĐST và công nghệ tích hợp ĐMT - ĐST xử lý ô nhiễm môi trường nướctrong khai thác và chế biến khoáng sản

11

1.4.1.1 Công nghệ địa môi trường trong ngăn ngừa và xử lý ô nhiễm môi trường nước

 Phương pháp trung hòa

Nước thải chứa axit, kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 5,5 - 9 (QCVN40:2011/BTNMT) trước khi thải vào nguồn nhận Quá trình trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như: Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm; bổ sung tác nhân hóa học; lọc nước thải có tính axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa; trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axit

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích, nồng độ nước thải, chế độ xả thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải, cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng

Để trung hòa nước thải axit có thể sử dụng các tác nhân hóa học như: NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đolomit (CaCO3.MgCO3) Tuy nhiên, tác nhân rẻ nhất là sữa vôi Ca(OH)2, tiếp đến là sôđa và NaOH công nghiệp Giữa các hóa chất trung hòa này có sự khác biệt

về hiệu quả xử lý Ví dụ, xút NaOH có thể xử lý hiệu quả cao hơn nhưng lại đắt hơn so với vôi, ngoài ra việc sử dụng hóa chất thường mang lại hiệu quả cao, nhưng nhược điểm của chúng là chi phí cao và luôn gặp phải vấn đề về chất thải thứ sinh với khối lượng lớn sinh ra sau xử lý Hơn nữa, trong nước thải axit và kiềm thường chứa các ion kim loại, vì vậy cần tính đến lượng tác nhân tham gia tạo thành cặn muối với các KLN

Trong trường hợp, quá trình trung hòa nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, người ta thường dùng các vật liệu như đôlomit,

đá vôi, vôi tôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp

12

vật liệu lọc Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 đến

80 mm

 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion cũng được xem là một dạng hấp phụ, được ứng dụng để làm sạch nước, nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni,

Pb, Hg, Cd, V, Mn… cũng như các hợp chất của As, photpho, xyanua và chất phóng xạ Trao đổi ion là một quá trình trong đó có các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng loại điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo Vật liệu trao đổi ion tự nhiên là những khoáng

có trong đất sét như sillit, montmorillonit, vermiculit và zeolit (clinoptilolit), fenspat, mica… Chất hữu cơ dạng bùn cũng có khả năng trao đổi ion như than bùn Các chất có tính chất trao đổi cation là các chất chứa nhôm silicat và các loại apatit

Chất trao đổi cation axit yếu có thể có tính lựa chọn cao đối với quá trình tách KLN như Cu, Zn, Hg, Cd khỏi các dung dịch loãng có chứa Ca, Mg

và Na Vì thông thường tính lựa chọn theo H+

không cao lắm, pH của dung dịch phải > 5

Phương pháp trao đổi ion có khả năng xử lý độ cứng của nước, khử mặn, xử lý chất phóng xạ và các kim loại Phương pháp trao đổi ion đã được tiến hành nhiều trong phòng thí nghiệm và tiến hành thí điểm tại vùng Soundan, Minesota Phương pháp trao đổi ion được coi là phương pháp xử lý nước thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp vì vậy cần tiền xử lý trước khi áp dụng phương pháp trao đổi ion (như điều chỉnh độ pH, lọc chất thải rắn, giảm

độ đục trong nước thải,…) Hiệu quả xử lý được tiến hành trong phòng thí