a. Bộ phận tiêm mẫu: có chức năng hóa hơi mẫu (dạng dung dịch) thành các hạt sol khí với kích thước cực nhỏ.
- Bơm: chuyển mẫu (dạng dung dịch hoặc hơi) vào thiết bị phun.
- Thiết bị phun: chuyển mẫu dưới dạng dung dịch thành các hạt sol khí và đưa vào buồng lọc.
- Buồng lọc: loại bỏ các hạt sol khí có kích thước lớn và chuyển mẫu vào trung tâm nguồn plasma
b. Nguồn plasma: tại đây, mẫu sẽ được cung cấp năng lượng đến trạng thái kích thích (trạng thái có thể phát xạ).
- Nguồn phát sóng radio: nguồn phát ra dao động điện từ trường cao tần (27,12 triệu vòng/giây).
- Thiết bị tải: bức xạ này sẽ được đưa tới bộ phận đốt bằng thiết bị tải.
- Thiết bị đốt: tại đây bức xạ sẽ được chuyển thành plasma bởi dòng thổi argon.
c. Phổ kế: chức năng chính là gây nhiễu xạ ánh sáng trắng thành các bước sóng đơn sắc. Đầu dò có tác dụng thu nhận các bức xạ có bước sóng khác nhau và thực hiện đo lường mật độ quang của các bức xạ. Mật độ quang tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tố.
Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo của phổ kế
d. Thiết bị chuyển hóa thành tín hiệu điện: chuyển hóa các tín hiệu quang từ đầu dò thành các tín hiệu điện.
e. Phần mềm và máy tính: điều khiển quá trình phân tích, lựa chọn các điều kiện phân tích, xử lý các tín hiệu điện thu được và xuất kết quả.
Hình 1.2. Cấu tạo máy ICP-OES 1.5.3. Ưu điểm của ICP-OES
Khu vực nguyên tử hóa mẫu có nhiệt độ cao (lên đến 10000 K). Ưu thế này giúp phân tích các nguyên tố có khả năng chịu nhiệt cao với độ chính xác thích hợp và loại bỏ sự ảnh hưởng phức tạp của nền mẫu.
Mật độ electron trong trường điện từ cao (1014-1016 cm-3), nguồn cung cấp năng lượng kích thích ổn định.
Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố (hơn 60 nguyên tố cùng một lúc) với độ chính xác cao.
Sự cản nhiễu nền và sự cản nhiễu của các yếu tố hóa học thấp. Giới hạn phát hiện thấp đối với hầu hết các nguyên tố.
Khoảng tuyến tính rộng, độ đúng và độ chính xác cao.
1.5.4. Nhiễu phổ trong ICP-OES
a. Ảnh hưởng phức tạp của nền mẫu
Phổ phát xạ phụ thuộc vào thành phần của nền mẫu khảo sát. Nếu trong mẫu tồn tại sự hiện diện các nguyên tố có nồng độ cao (ngoài nguyên tố cần xác định), phổ đồ sẽ xuất hiện những bức xạ nền liên tục. Hiện tượng này gọi là sự trôi nền, nó sẽ gây ra sự sai khác về đường nền của phổ thu được so với phổ của dung dịch mẫu tinh khiết (chỉ tồn tại duy nhất nguyên tố cần xác định).
b. Hiện tượng chồng lấp phổ
Chồng lấp phổ, một trong những vấn đề thường gặp nhất của ICP-OES, là hệ quả trực tiếp từ đặc tính nguyên tử hóa mẫu bằng nhiệt độ cao (để giảm ảnh hưởng của những nền mẫu dễ bay hơi và tối ưu sự phát xạ của nguyên tố). Khi đó, phổ của những nguyên tố có hàm lượng vết sẽ bị ảnh hưởng bởi những nguyên tố có nồng độ cao. Vì vậy, sự lựa chọn bước sóng phụ thuộc rất nhiều vào đặc trưng phổ gần bước sóng đó.
Sự chồng lấp phổ trực tiếp (che lấp toàn phần) Hiện tượng này xảy ra khi 2 nguyên tố khác nhau cùng phát xạ ở 1 bước sóng. Trong trường hợp này, ta không thể phân giải được phổ của từng nguyên tố riêng biệt.
Hình 1.3. Hiện tượng chồng lấp phổ toàn phần
Sự chồng lấp cánh phổ (che lấp một phần) Hiện tượng này còn gọi là sự mở rộng peak. Sự mở rộng peak là do sự cộng hưởng. Độ rộng của peak sẽ tăng tỉ lệ thuận với số lượng va chạm giữa các nguyên tử ở trạng thái kích thích và cơ bản.
Để khắc phục hiện tượng nhiễu phổ này, có thể sử dụng phần mềm MSF (Perkin-Elmer) hoặc FAST (Varian/Agilent).
Phần mềm MSF cho phép xây dựng mô hình đường nền phổ thích hợp của nguyên tố cần phân tích có trong mẫu thông qua việc phân tích 3 yếu tố: nền mẫu, mẫu trắng và dung dịch mẫu tinh khiết (chỉ chứa nguyên tố cần phân tích). Sau khi xây dựng mô hình, phần mêm sẽ tự động hiệu chỉnh lại đường nền phổ và xác định chính xác hàm lượng nguyên tố cần phân tích trong mẫu.
Phần mềm FAST sử dụng kỹ thuật xây dựng mô hình phổ tiên tiến để phân tách tín hiệu chất phân tích từ phổ thô (thu được) ban đầu. Mô hình này được xây dựng bằng cách đo lường hàm lượng các thành phần mong muốn và kết quả tương ứng, thong thường là 3 yếu tố: dung dịch mẫu trắng, dung dịch chất phân tích tinh khiết và dung dịch nhiễu tinh khiết. Vì vậy, để sử dụng phần mềm này, cần hiểu rõ bản chất nhiễu do nền mẫu gây ra. [18]
1.6. Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng loại nặng
Hoàng Thị Thanh Thủy, Nguyễn Như Hà Vy, Từ Cẩm Loan đã phá mẫu trầm tích bằng HCl đặc và HNO3 đặc theo tỷ lệ thể tích là 3:1 trong bình cầu và đun nóng trong vòng 2h ở nhiệt độ 80oC (trước đó ngâm hóa chất trong vòng 10-12h) để xác định các kim loại nặng trong trầm tích sông, rạch tại thành phố Hồ Chí Minh. Hàm lượng tổng các kim loại được đo bằng máy hấp thụ nguyên tử ngọn lửa AAS.[5]
Các tác giả M. Bettinelli, G. M. Beone, S. Speziaa và C. Baffi đã sử dụng hỗn hợp dung dịch gồm HF: HCl: HNO3 theo tỷ lệ thể tích 1: 3: 1 xử lý mẫu đất và trầm tích để xác định hàm lượng tổng các ion kim loại (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb và Zn) trong các mẫu đó bằng kỹ thuật ICP-MS[19].
Xiaodan Wang, Genwei Cheng, Xianghao Zhong và Mai - Heli đã sử dụng các axit H2SO4, HNO3 và HF để xử lý mẫu đất, xác định tổng hàm lượng các kim loại B, Mo, Zn, Cu, Se, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg và As trong các mẫu đất rừng lấy tại vùng núi cao phía đông Tibetan Plateu của Trung Quốc. Kết quả cho thấy có sự tương quan giữa các tính chất của đất và tổng hàm lượng các kim loại[20.]
Tessieretal đã nghiên cứu và phát triển quy trình chiết rút các dạng liên kết của kim loại trong mẫu đất và trầm tích, đồng thời cũng đưa ra phương pháp xác
định hàm lượng tổng tất cả các dạng của kim loại. Tác giả đã sử dụng các axit mạnh như HF, H2O2, HNO3, HClO4 để xử lý mẫu và thu được kết quả tốt [21].
Tác giả Vũ Đức Lợi đã tiến hành vô cơ hoá mẫu trầm tích sử dụng hỗn hợp 3 axit với tỉ lệ HNO3 : HClO4 : H2SO4 là 1:1:5 thì hiệu suất thu hồi tốt với thời gian phân huỷ 30 phút [6].
1.7. Giới thiệu công ty TNHH MTV than Khe Sim
1.7.1. Đặc điểm công ty TNHH MTV than Khe Sim
Công ty TNHH một thành viên than Khe Sim được thành lập ngày 17/2/1998 theo quyết định số 148/QĐ-QP với nhiệm vụ huấn luyện dự bị động viên và khai thác than trên địa bàn thành phố Cẩm Phả. Công ty đi vào hoạt động khai thác thạn với chủng loại sản phẩm chính là than Antranxit.
* Địa hình:
Phần lớn diện tích khu mỏ là dãy núi cao Khe Sim gồm các đồi núi tiếp nhau và bị phân tách mạnh mẽ bởi hệ thống suối cạn. Do địa hình cao rất dốc nên các suối chỉ có nước vào mùa mưa. Phần lớn địa hình còn ở trạng thái nguyên thủy, chỉ có một phần địa hình bị phân cách bởi tầng khai thác lộ thiên vỉa dày của Công ty TNHH MTV Khe Sim ở trung tâm mỏ và công trường khai thác than lộ thiên các phân vỉa dày của Công ty than Thống Nhất - Vinacomin ở phía Đông Nam khu mỏ. Ngoài ra còn có một số tầng đất đá thải ở phía Đông khu mỏ.
* Sông suối
Do đặc điểm địa hình địa mạo nên hệ thống dòng chảy nước mặt của mỏ được chia thành hai hệ thống chảy về hướng Bắc và hướng Nam. Trong mỏ không có sông, suối suối lớn mà chỉ có khe nhỏ, hầu hết là các khe cạn. Vào mùa mưa khi có nước, nước mưa từ các sường dốc vào các khe suối, nhưng tiêu thoát nhanh không có khả năng gây lụt lội trong mỏ.
* Đặc điểm công nghệ khai thác than
Khai thác than của Công ty TNHH MTV Khe Sim áp dụng phương pháp: Khai thác lộ thiên
Công nghệ khai thác than lộ thiên được cơ giới hóa hoàn toàn bao gồm các khâu công nghệ và thiết bị chủ yếu sau:
- Phá vỡ đất đá: Chủ yếu bằng khoan nổ mìn. Thiết bị khoan là máy khoan xoay cầu, các loại máy khoan xoay đập thủy lực, đường kính lõ khoan từ 90-250 mm
- Xúc bốc: Sử dụng máy xúc, dung tích gầu từ 1,2- 5 m3
- Vận tải: Hiện nay vận tỉa đất đá và vận chuyển than trong mỏ chủ yếu bằng ô tô có trọng tải 10-30 tấn, vận tải than ngoài mỏ bằng đường sắt, băng tải và ô tô.
- Đổ thải đất đá: Chủ yếu dùng hình thức đổ tải ô tô, kết hợp máy gạt. Bãi thải chủ yếu là bãi thải ngoài kết hợp đổ bãi thải trong vào các khai trường đã kết thúc.
Ngoài ra, trong quá trình khai thác mỏ lộ thiên còn có các khâu phụ trợ khác như: thoát nước, làm đường, sửa chứa thiết bị...
Hàng năm, công ty TNHH MTV Khe Sim phối hợp với công ty cổ phần tin học, Công nghệ, Môi trường -Vinacomin thực hiện quan trắc môi trường định kì 3 tháng một lần/ năm. Quan trắc môi trường định kì giúp kiểm tra, giam sát chất lượng môi trường khu vực đồng thời làm giảm thiểu ô nhiễm nếu có đảm bảo sự phát triển bền vững của công ty.
1.7.2. Các công trình, biện pháp thu gom, xử lý nước thải:
1.7.2.1. Mạng lưới thu gom nước thải, thoát nước
a. Rãnh thu nước trên các tầng khai thác trong khai trường sản xuất
- Vị trí thi công tại dọc các tầng chân khai thác, chân bãi thải.
- Hệ thống rãnh thu nước hở, thu gom nước mặt từ các tầng khai thác, mặt bằng bãi thải chảy về suối thoát nước (thuộc hệ thống bảo vệ môi trường khu vực Tây Khe Sim) và về hố lắng, lắng đọng đất đá trước khi chảy ra suối Lép Mỹ.
- Nạo vét, bốc xúc đất đá, khơi thông rãnh thoát nước bằng máy đào.
- Thời gian thực hiện: trước mùa mưa bão hàng năm và sửa chữa, khơi thông khi bị tắc ngẽn khi có mưa bão....
b. Rãnh thu gom xung quanh xưởng sửa chữa, văn phòng công trường
- Vị trí thi công xung quanh xưởng, văn phòng Công trường.
- Hệ thống rãnh thu nước hở, xây gạch, đá hộc, thu gom nước mặt từ các mặt bằng xưởng về hố lắng ba ngăn để tách dầu mỡ và nước thải văn phòng về bể xử lý nước thải sinh hoạt.
1.7.2.2. Các công trình xử lý nước thải đã được xây lắp a. Công trình xử lý nước thải sinh hoạt:
- Vị trí xây dựng: Khu nhà ở công nhân Phân xưởng Vận tải tiêu thụ.
- Mục tiêu: Xử lý toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ khu vực văn phòng và nhà ăn, nhà sinh hoạt... trên khu vực Công trường 1, Phân xưởng VT-TT đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN14:2008/BTNMT) trước khi thải vào môi trường.
- Nước thải phát sinh chủ yếu từ chế biến thực phẩm, nước thải vệ sinh tắm giặt và nước thải từ mặt bằng xưởng sửa chữa. Đối với nước thải từ mặt bằng xưởng sửa chữa được dẫn về bể lắng dầu ba ngăn thông qua hệ thống rãnh thoát nước xung quanh xưởng sửa chữa. Thành phần nước có lẫn dầu mỡ, bùn thải nhưng khi qua bể lắng dầu ba ngăn hầu như dầu mỡ thải, bùn thải có lẫn trong nước không còn. Thành phần chỉ gồm các kim loại nặng chưa lắng ở bể lắng dầu ba ngăn. Nước thải được dẫn vào bể thu gom phải đi qua hệ thống song chắn rác để loại bỏ rác, cặn lớn. Tại bể thu gom các cặn lắng có kích thước lớn sẽ lắng xuống, chỉ còn cặn lơ lửng. Sau đó nước thải được bơm cưỡng bức sang bể lắng trung hòa bằng bơm nước thải ngầm. Tại bể trung hòa có lắp đặt hệ thống bơm ngầm giống bể thu gom. Ngoài ra bể còn lắp thêm hệ thống máy để đo pH trước khi bơm sang bể số 3 - bể xử lý sinh học. Nếu pH không thuộc khoảng 6 - 7,5 thị tự động hóa chất (NaOH) được cho vào để trung hòa độ pH thông qua đường ống dẫn hóa chất và bơm định lượng, thời gian lưu nước thải là 8 đến 12 giờ tùy thuộc lượng nước chảy vào bể thu gom, bể trung hòa mang tính chất gần giống như bể lắng sơ cấp, tại đây có thể loại bỏ được 50 - 70 % chất rắn lơ lửng và 25 - 40 % BOD của nước.. Thời gian xử lý tối thiểu là 48 giờ. Nước thải sau đó được chảy tràn sang bể lắng thứ cấp. Bể có công dụng lắng các cặn bẩn mà vi sinh vật đã phân giải các chất hữu cơ từ bể số 3. Nước thải sau đó được dẫn sang bể keo tụ, bể tuyển nổi rồi chuyển sang bể lắng thứ cấp số 2 rồi tới bể khử trùng. Bể keo tụ và bể tuyển nổi có dung tích là như nhau: 6m3. Bể đều có hệ thống đường ống dẫn hóa chất vào để giúp cho quá trình keo tụ và tuyển nổi diễn ra được nhanh hơn. Ngoài ta bể còn lắp thêm hệ thống máy khuấy được đặt ở mặt bể để khuấy trộn đều hóa chất và nước thải. Nước thải từ bể lắng thứ cấp số 01 tự chảy tràn sang bể tuyển nổi. Tại đây hóa chất sử dụng là PAA dùng để kết dính các hạt cặn lơ lửng không lắng được kết dính lại thành bông lớn, nặng hơn nên dễ lắng hơn. Tại bể keo tụ hóa chất sử dụng là PAC ít ăn mòn thiết bị, ít ảnh hưởng tới độ pH,
hóa chất này có tác dụng kết dính các hạt có kích thứơc nhỏ thành hạt có kích thước lớn để lắng. Thời gian lưu là 12 - 14 giờ. Nước được dẫn tới bể lắng thứ 2 để lắng các hạt đã được hóa chất PAA, PAC làm keo tụ, tuyển nổi. Sau đó nước được dẫn tới bể khử trùng. Hóa chất xử lý: Hoá chất có chứa clo NaOCl (nước javel), Cloramin CH3C6H4SO2NaCl nhằm loại bỏ vi sinh vật tồn tại trong nước thải. Kết thúc quá trình xử lý, nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép được dẫn ra hệ thông thoát nước và chảy ra ngoài môi trường.
b. Công trình xử lý nước thải bề mặt
Nước thải từ điểm phát sinh được dẫn vào hệ thống rãnh thoát nước, ống thoát nước được bố trí xung quanh xưởng sửa chữa và trong kho chứa chất thải nguy hại. Nước từ hệ thống rãnh, hệ thống đường ống thoát nước được dẫn vào bể tập trung. Tại bể tập trung bùn đất theo nước sẽ được lưu giữ lại. Sau đó nước được dẫn vào bể lắng dầu ba ngăn thông qua đường ống dẫn nước. Tại bể lắng dầu ba ngăn nước thải chủ yếu là nước có lẫn váng dầu và một số thành phần vô cơ cha lắng hết tại bể tập trung nước thải. Do đặc thù váng dầu thải luôn nhẹ hơn nước nên tại ngăn thứ nhất bể lắng dầu ba ngăn, váng dầu thải được lưu giữ tại bể và một số tạp chất vô cơ lơ lửng, nước thải được dẫn sang ngăn thứ hai thông qua 02 đường ống thoát nước được thiết kế hạn chế váng dầu chảy qua bể. Nước thải được dẫn sang ngăn thứ ba. Nước sau khi sang bể thứ ba hầu như không còn tồn tại váng dầu thải, cặn vô cơ lơ lửng, nước thải thông qua đường ống dẫn nước chảy vào suối thoát nước.
c. Đối với nước moong:
Hiện tại, công tác thoát nước moong được thực hiện bằng phương pháp bơm cưỡng bức nước từ lòng moong theo rãnh thoát nước ra hố lắng và nguồn tiếp nhận là suối Lép Mĩ.. Do nước moong phát sinh chủ yếu là nước mưa chảy từ mặt bằng bãi thải thu gom về moong nước nên thành phần nước thải chủ yếu là các tạp chất