Đánh giá hiện trạng ô nhiễm sắt và mangan trong nước thải khai thác than công ty TNHH một thành viên 618 và đề xuất phương án xử lý

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - TRẦN VĂN TUẤN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC THẢI KHAI THÁC THAN CÔNG TY TNHH MTV 618 VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên - 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - TRẦN VĂN TUẤN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC THẢI KHAI THÁC THAN CÔNG TY TNHH MTV 618 VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trịnh Lê Hùng Thái Nguyên - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất số liệu, kết nêu luận văn kết trình thực nghiệm tơi phòng thí nghiệm chưa cơng bố cơng trình khác Thái Ngun, tháng 11 năm 2014 Tác giả Trần Văn Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian dài học tập nghiên cứu, tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: : “Đánh giá trạng ô nhiễm sắt mangan nước thải khai thác than Công ty TNHH MTV 618 đề xuất phương án xử lý” Đây kết nỗ lực tơi giúp đỡ tận tình thầy cô khoa Môi trường – Trường Đại học Nơng Lâm Thái Ngun Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trịnh Lê Hùng người đồng cấp PGS.TS Đỗ Thị Lan giao đề tài tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thiện đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Môi Trường Khoa Sau Đại học trường Đại học Nơng Lâm tận tình truyền đạt kiến thức cho suốt năm học tập Với vốn kiến thức khơng tảng để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp mà hành trang quý báu theo suốt đời Đồng thời xin chân thành cảm ơn các cán bộ, chun viên phòng thí nghiệm mơi trường – Trung tâm Ứng dụng Phát triển Kỹ thuật Công nghệ môi trường giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu hồn thiện đề tài Học viên thực Trần Văn Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 2.1.Mục tiêu tổng quát: 2.2 Mục tiêu cụ thể Yêu cầu đề tài: Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở lý luận khoa học pháp lý đề tài 1.1.1 Cơ sở lý luận khoa học đề tài 1.1.2 Cơ sở pháp lý đề tài .7 Một số văn pháp lý có liên quan đến môi trường chất lượng nước: .7 ề Công ty TNHH MTV 618 .9 1.2.1 Lịch sử hình thành 1.2.2 Tổ chức máy 10 1.2.3 Lĩnh vực sản xuất kinh doanh 11 1.2.4 Công nghệ sản xuất 12 1.2.5 Nhu cầu sử dụng nước xả thải đơn vị .14 1.2.5.1 Nhu cầu sử dụng nước 14 1.2.5.2 Nhu cầu xả nước thải 15 ề ô nhiễm sắt mangan nước thải mỏ than hầm lò 15 1.3.1 Quy trình khai thác than hầm lò 16 1.3.2 Hiện trạng khai thác than hầm lò khu vực Quảng Ninh trạng xử lý nước thải .18 ầm lò 19 1.4 Vài nét sắt mangan 23 1.4.1 Vài nét sắt .23 1.4.2 Vài nét mangan .24 mangan sản xuất đời sống .25 1.4.4 Tác hại sắt mangan người .28 1.5 Các phương pháp xử lý ô nhiễm sắt mangan .29 1.5.1 Các phương pháp xử lý sắt 29 1.5.1.1 Xử lý sắt phương pháp làm thoáng .29 1.5.1.2 Xử lý sắt chất xy hóa mạnh .29 1.4.1.3 Xử lý sắt vôi 30 1.5.1.4 Các phương pháp xử lý sắt khác 30 1.5.2 Các phương pháp xử lý mangan 31 1.5.2.1 Ơxy hóa mangan ơxy 31 1.5.2.2 Ơxy hóa mangan điơxit clo 32 1.5.2.3 Ôxy hóa mangan nước ơxy H2O2 32 1.5.2.4 Ơxy hóa mangan ơzơn 32 1.5.2.5 Xử lý mangan phương pháp sinh học 33 1.6 Hiện trạng xử lý sắt mangan nước thải mỏ than hầm lò 33 1.7 Tác nhân ôxy hóa nước ôxy ôzôn ứng dụng chúng 35 1.7.1 Nước ôxy (H2O2 ) .35 1.7.2 Ơzơn 37 1.8 Ảnh hưởng sắt q trình oxy hóa mangan 39 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 41 NGHIÊN CỨU 41 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .41 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 41 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu .41 2.2 Nội dung nghiên cứu: .41 2.2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực Đông Triều 41 2.2.2 Đánh giá trạng ô nhiễm sắt mangan nước thải khai thác than hầm lò cơng ty TNHH MTV 618 – Đông Triều – Quảng Ninh 42 2.2.3 Đánh giá trạng công nghệ xử lý nước thải mỏ công ty TNHH MTV 618 .42 2.2.4 Nghiên cứu khả xử lý nước thải có hàm lượng sắt, mangan cao đề xuất phương án xử lý nước thải khai thác than hầm lò 42 42 2.3.1 Phương pháp thống kê 42 2.3.2 Phương pháp đánh giá nhanh 43 2.3.3 Phương pháp khảo sát thực địa 43 2.3.4 Phương pháp so sánh 43 2.3.5 Phương pháp thực nghiệm 43 2.3.5.1 Phương pháp xác định sắt 43 2.3.5.2 Phương pháp xác định mangan .46 Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ 2.3.5.3 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng chất xúc tác q trình o xy hóa sắt mangan tác nhân oxy tự khơng khí 50 2.3.5.4 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng pH trình xy hóa sắt mangan nước thải mỏ than tác nhân nước ô xy (H2O2) 51 2.3.5.5 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng pH q trình xy hóa sắt mangan nước thải mỏ than tác nhân nước ô zôn (O3) 51 2.3.6 Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, môi trường có liên quan đến hoạt động sản xuất than Công ty TNHH MTV 618 54 3.1.1 Vị trí địa lý 54 3.1.2 Địa hình .55 3.1.3 Đặc điểm khí hậu 55 3.1.4 Điều kiện thủy văn .56 3.1.5 Tài nguyên thiên nhiên 56 3.1.6 Điều kiện kinh tế, xã hội 59 3.2 Đánh giá trạng ô nhiễm nước thải mỏ công ty TNHH MTV 618 64 3.2.1 Hiện trạng nước thải trước xử lý 64 3.2.2 Hiện trạng nước thải sau xử lý 67 3.3 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải mỏ công ty TNHH MTV 618 .69 ả xử lý nước thải có hàm lượng mangan lẫn sắt cao đề xuất phương án xử lý .71 3.4.1 Ảnh hưởng chất xúc tác đến trình xử lý mangan nước thải mò than hầm lò .71 Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ vii ịch nước oxy (H2O2) 73 ô zôn (O3) 74 3.4.4 Tổng hợp kết 76 3.4.5 Đề xuất công nghệ xử lý 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 85 PHỤ LỤC 87 Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa củ từ ABS Đơn vị đo quang BOD Nhu cầu oxi sinh hóa BTNMT Bộ tài ngun mơi trường COD Nhu cầu oxi hóa học FDA Cục quản lý thực phẩm dược phẩm Hoa Kỳ GHCP Giới hạn cho phép NQ/TW Nghị Trung ương NĐ/CP Nghị định Chính phủ OTC Over The Counter (Thuốc bán không cần kê đơn) TSS Hàm lượng chất rắn hòa tan QCVN Quy chuẩn Việt Nam QTMT Quan trắc môi trường SCR Song chắn rác TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn thành viên PA Poly Acrylamit PAC Poly Alumin Clorua XLNT Xử lý nước thải Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Hình 3.6 Kế t xử lý mangan sắt tro ng nư ớc thải zơn Nhận xét: Dựa vào hình 3.6 ta thấy, khả xy hóa sắt mangan ô zôn diễn nhanh, hàm lượng sắt mangan nước thải giảm mạnh, nhiên giá trị mangan giảm đến mức dao động ngưỡng cho phép nằm GHCP hàm lượng sắt gần ozon oxy hóa hồn tồn 3.4.4 Tổng hợp kết - Như nước thải chứa hỗn hợp sắt mangan cao, hàm lượng sắt dễ dàng bị oxy hóa oxy khơng khí điều kiện pH > = gần bị xy hóa hồn tồn tác dụng chất xy hóa mạnh nước oxy, khí ozon điều kiện pH > 6, điều thể thơng qua biểu đồ : Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Hình 3.7: Khả n ăng xy h óa s tr ong mô i tr ờng Ghi chú: - GHCP: Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = mg/l Đối với hàm lượng Mn, có cạnh tranh q trình oxy hóa sắt, hiệu hóa mangan bị ảnh hưởng rõ rệt, sử dụng chất oxy hóa mạnh : Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Hình 3.8: Khả n ăng xy hóa mangan tr ong mô i t rư ờng Ghi chú: GHCP : - Giới hạn cho phép Theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B = mg/l Dựa vào hình ta thấy, khả oxy hóa Mangan nước có chứa lẫn hàm lượng sắt phụ thuộc nhiều vào giá trị pH, hàm lượng Mn nằm giới hạn cho phép giá trị pH = 8.5-9 Điều ảnh hưởng yếu tố: + Do cạnh canh oxy hóa sắt + Do q trình oxy hóa mangan diễn chậm + Mangan dễ bị hòa tan lại nồng độ pH giảm 3.4.5 Đề xuất công nghệ xử lý Để đáp ứng nhu cầu xả thải ngành cơng nghiệp khai thác khống sản, đặc biệt ngành cơng nghiệp khai thác than hầm lò ngày gia tăng, việc đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đem lại hiệu cao điều cần thiết đơn vị, doanh nghiệp nhằm bảo vệ môi trường phát triển bền vững Yêu cầu hệ thống xử lý đề ra: - Quy trình cơng nghệ đơn giản; - Khơng tốn nhiều diện tích; - Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp; - Hiệu suất xử lý cao Tác giả đề xuất số cơng nghệ xử lý nước thải than hầm lò có chứa hỗn hợp sắt mangan đề xuất sau: Do q trình oxy hóa loại bỏ mangan thực hiệu điều kiện pH = 8.5- mà khơng cần đến chất oxy hóa mạnh hay chất xúc tác nên tác giả đề xuất xây dựng trạm xử lý theo cơng nghệ sau: Hình 3.9: Sơ đ đề xuất công nghệ xử lý Nước thải hầm lò qua song chắn rác để loai bỏ rác thải trước chảy vào Bể điều hòa Bể điều hòa vừa có chức điều hòa lưu lượng, ổn định dòng chảy vừa có chức lắng cát loại bỏ hạt lơ lửng có kích thước lớn nước thải Nước sau bể điều hòa bơm lên bể phản ứng, bể phản ứng, nước thải nâng pH lên khoảng cách cung cấp vào lượng sữa vôi dung dịch xút đặc (NaOH), sử dụng đo pH tự động để đảm bảo ổn định giá trị pH, đồng thời, ta dùng máy nén khí cấp khí vào nước thải để tạo tác nhân oxy hóa Nước sau bể phản ứng đưa qua bể khuấy trộn, bể khuấy trộn hóa chất keo PAC trợ keo tụ PA bơm vào, tác dụng máy khuấy hóa chất hòa tan nước thải Nước sau bể khuấy trộn tự chảy bể lắng Trước hết cho PAC vào để giảm độ nhớt, tăng khả hút hạt có kích thước nhỏ tạo thành hạt có kích thước lớn hơn, sau cho tiếp PA để tăng khả hội tụ hạt tiếp xúc với tạo thành thể keo tụ lớn, tăng tốc độ lắng đọng Tại bể lắng, cặn lơ lửng kết thành bơng có kích thước lớn, phần lớn lắng đọng xuống đáy bể Nước thải sau bể lắng loại bỏ phần lớn hàm lượng chất ô nhiễm cặn lơ lửng tự chảy sang bể trung hòa, lượng dung dịch axit loãng bơm vào hệ thống đưa giá trị pH trung tính (Đối với nước thải khơng sử dụng để tuần hồn phục vụ mục đích sản xuất khác mà xả thẳng môi trường với yêu cầu chất lượng theo cột B QCVN 40:2011/BTNMT bỏ qua giai đoạn này) Nước thải sau bể trung hòa được đưa qua hệ thống lọc áp lực, hệ thống lọc áp có tác dụng loại bỏ bớt cặn bẩn, dàu mỡ, hấp phụ thành phần gây ô nhiễm Nước sau hệ thống lọc áp đạt tiêu chuẩn xả thải xả thải trực tiếp môi trường Tại đáy bể lắng lắp đặt ống hút bùn nối với máy bơm bùn Bơm bùn định kỳ hoạt động hút bùn lên bể chứa bùn, sau bùn bể chứa bùn bơm lên máy ép bùn để ép Nước xả cặn rửa lọc bể lọc trọng lực thu xử lý bể chứa bùn Nước sau ép bùn tuần hoàn bể điều hòa để tham gia lại từ đầu q trình xử lý - Ưu điểm hệ thống: + Tốn diện tích xây dựng + Đáp ứng với lưu lượng dòng thải lớn + Hiệu suất xử lý cao, khả xử lý tốt hàm lượng kim loại, đặc biệt sắt mangan nước thải + Công suất vận hành lớn + Nước sau xử lý tuần hồn hồn lại phục vụ mục đích sản xuất khác + Có thể cải tạo trực tiếp từ trạm xử lý có sẵn - Nhược điểm hệ thống: + Hệ thống có nhiều giai đoạn xử lý phức tạp nên yêu cầu lực vận hành cao  Ứng dụng đề xuất cải tạo trạm xử lý nước thải công ty TNHH MTV 618 Một số công việc công ty TNHH MVT – Tổng Công ty than Đông Bắc cần tiến hành để cải trạm xử lý nước thải khai thác than hầm lò sau: - Xây dựng thêm bể phản ứng bể khuấy trộn hóa chất, bể sục khí, lắp đặt thiết bị cung cấp khí hệ thống máy khuấy trộn hóa chất keo tụ - Lắp đặt thiết bị đo pH tự động - Tận dụng thiết bị lắng Lamen - Cải tạo hệ thống thiết bị lọc tự động, bổ sung thêm vật liệu lọc hấp phụ, cân pH để làm tăng hiệu suất lọc lọa bỏ chất độc hại nước thải KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong trình thực luận văn nghiên cứu khả oxy hóa mangan sắt nước thải khai thác than hầm lò, luận văn thể kết sau: 1) Khái quát điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội, mơi trường khu vực huyện Đông Triều – Tỉnh Quảng Ninh có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động khai thác than khoáng sản, đặc biệt khai thác than hầm lò Cơng ty TNHH MTV 618 – Tổng cơng ty than Đông Bắc 2) Đánh giá trạng, nêu lên tranh ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt sắt mangan nước thải khai thác than hầm lò cơng ty TNHH MTV 618 thuộc khu vực huyện Đông Triều – Tỉnh Quảng Ninh với hàm lượng ô nhiễm sắt nước thải trước xử lý cao giới hạn cho phép từ 1,27 – 2,3 lần, hàm lượng mangan trước xử lý cao giới hạn cho phép từ 6,3 đến 11,3 lần Nước thải sau xử lý hàm lượng mangan cao giới hạn cho phép từ 1,94 đến 2,7 lần Hiệu suất xử lý thành phần ô nhiễm khác TSS, dàu mỡ khoáng,… trạm xử lý nước thải chưa cao, nằm dao động ngưỡng giới hạn cho phép 3) Nghiên cứu thí nghiệm xử lý nước thải chứa hàm lượng sắt mangan cao phòng thí nghiệm Từ tìm mơi trường pH yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả xi hóa hàm lượng mangan nước thải Tại khoảng pH ~ 9, mangan dễ dàng bị loại bỏ xi khơng khí mà không cần thiết sử dụng đến chất ôxy hóa mạnh clo, zơn,… 4) Dựa số liệu đánh giá trạng công nghệ xử lý, kết nghiên cứu phòng thí nghiệm, đề xuất sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống xử lý nước thải hầm lò cũ xây dựng hệ thống xử lý nước thải hầm lò đạt hiệu cao, nước thải sau xử lý tuần hồn phục vụ vào mục đích sản xuất khác Áp dụng sơ đồ công nghệ đề xuất đề đưa phương án cải tạo trạm xử lý nước thải hầm lò Cơng ty 618 KIẾN NGHỊ - Cơng ty TNHH MTV 618 cần sớm tiến hành cải tạo, áp dụng công nghệ đề xuất vào trạm xử lý nước thải để đảm bảo tiêu chuẩn xả thải, góp phần bảo vệ mơi trường phát triển bền vững - Cần quan trắc nước trước sau xử lý, thực việc quan trắc theo quy định, giám sát tiêu mơi trường, từ dự đốn biến đổi môi trường Xây dựng biện pháp xử lý trước biến đổi môi trường xảy - Phải tập huấn, đào tạo công nhân làm quen với hệ thống xử lý, tránh sai xót thiếu nhận thức người lao động trình sản xuất Tài liệu nước Lê Tuấn Anh (2005), Bài giảng Cơng trình xử lý nước thải, Trường Đại học Cân Thơ văn Nguyễn Ngọc Dung (2005), Xử lý nước cấp, Nhà xuất xây dựng Tr (2003), (1990), TH (1976), , Nhà xuất Khoa học kỹ thuật (2000), 2, Nhà xuất Trịnh Thị Thanh, Đồng Thi Kim Loan, Phạm Ngọc Hồ (2009), Giáo trình sở mơi trường nước, Nhà xuất Giáo dục Đào Đình Thuần (2004), Giáo trình phân tích nước, Trường Đại học Mỏ Địa Chất 10 , TCVN 5942-1995 11 ,TCVN 5945 – 1995 12 Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam, TCVN 6002 – 1995 13 Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam, TCVN 6177 - 1996 14 Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2014), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Nhà xuất ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh 15 Luật bảo vệ môi trường 2005 16 (1976), CN 17 Viện KHCN Mỏ (2009) Tổng hợp báo cáo quan trắc môi trường năm 2009 18 Sổ tay xử lý nước, tập (1999) NXB Xây Dựng Tài liệu internet 19 Website : http://tusach.thuvienkhoahoc.com/ 20 Website : http://www.hoahocngaynay.com/ Tài liệu nước 21 EnaFclopedia of industial chemical analysis fosten peesnell clifpord L.Hilton interscien publishors a dirision of John wiley anh sons inc 22 Mellors, Jr, olen L.Method of preparating etectrolytic manganese dioxide Petent number 4477320, Dec 21,1984 23 Silvas, F P C., 2010 Biotecnologia aplicada a drenagem ácida de minas, São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 24 Cumming, Kay, R.A.Chalmers (1956), Quantitative Chemical Analysis, Edinburgh – London PHỤ LỤC Một số hình ảnh trạng nước thải hầm lò công ty TNHH MTV 618 Hệ thống thiết bị lằng lọc Bể điều hòa lắng sơ ... cứu đề tài: "Đánh giá trạng ô nhiễm sắt mangan nước thải khai thác than Công ty TNHH MTV 618 đề xuất phương án xử lý" Mục tiêu đề tài 2.1.Mục tiêu tổng quát: - Đánh giá trạng ô nhiễm nước thải. .. 3.2 Đánh giá trạng ô nhiễm nước thải mỏ công ty TNHH MTV 618 64 3.2.1 Hiện trạng nước thải trước xử lý 64 3.2.2 Hiện trạng nước thải sau xử lý 67 3.3 Hiện trạng công nghệ xử lý nước. .. sản xuất than Công ty TNHH MTV 618 - Đánh giá trạng ô nhiễm sắt mangan nước thải trình khai thác than hầm lò cơng ty TNHH MVT 618 – Đông Triều – Quảng Ninh - Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải