CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.5. Tổng quan về vật liệu biến tính từ bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn và cây
cây Sậy
1.5.1. Vật liệu biến tính từ bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn
Mỏ sắt Bản Cn có nguồn gốc phong hóa thuộc xã Ngọc Phái, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. Mỏ sắt Bản Cn được hình thành do quá trình oxy hóa các thân quặng gốc (manhetit, siderit, pyrit, pyrotin) hoặc đá siêu mafic. Thành phần quặng bao gồm 63% magnetit, 30,6% thạch anh và 6,3% clorit. Quặng có cấu tạo khối đặc xít. Hàm lượng sắt dao động từ 38,0 - 67,6%, hàm lượng trung bình đạt 59,3%. Hàm lượng MnO thấp nhất, cao nhất và trung bình đạt 0,008, 0,088 và 0,04% (Nguyễn Văn Nhân, 2004).
Mỏ sắt Bản Cuôn do công ty cổ phần vật tư và thiết bị toàn bộ Matexim làm chủ đầu tư, với tổng trữ lượng khai thác toàn mỏ đạt 2.353.881 tấn, công suất khai thác 285.000 tấn quặng thô/năm. Công suất chế biến của nhà máy là 200.000 tấn quặng tinh/năm (Thăng Thị Minh Hiến, 2014). Sản phẩm chính gồm 2 loại quặng là limonit và quặng manhetit.
Quặng nguyên khai sau khi khai thác được chở về xưởng tuyển, sau đó được đập nhỏ và tuyển từ. Nước sản xuất của mỏ sắt Bản Cuôn chủ yếu là từ khâu tuyển rửa quặng vào khoảng 1.500m3/ngày và nước thải sinh hoạt ước tính 50m3/ngày. Nước thải từ khâu sản xuất có hàm lượng cặn lơ lửng lớn (chủ yếu là cặn bùn sét, độ đá, cát sạn và cặn vô cơ), độ đục và hàm lượng dầu mỡ cao. Khối lượng bùn thải của xưởng tuyển hàng năm khoảng 3.000 m3 đến 3.500m3/năm. Hồ lắng có nhiệm vụ tiếp nhận tồn bộ lượng nước tuyển rửa quặng, quặng đi của công nghệ tuyển (Thăng Thị Minh Hiến, 2014).
Dựa trên phân tích và đánh giá các nghiên cứu khác có liên quan cho thấy đi thải khu chế biến sắt Bản Cn có khả năng xử lý tốt nước bị ô nhiễm KLN. Một số nghiên cứu nguồn gốc, thành phần và cấu trúc của mỏ sắt Bản Cuôn cho thấy một số đặc điểm có tiềm năng xử lý KLN trong nước. Hàm lượng khoáng vật
chủ yếu trong đuôi thải chủ yếu là thạch anh, kaolinit và gơtit. Trong đó kaolinite và gơtit có khả năng hấp thụ nước thải bị nhiễm KLN do cấu trúc của hai loại khống vật này (Gupta và Bhattacharyya, 2007). Vì vậy, đi thải mỏ sắt Bản Cn có tiềm năng sử dụng trong xử lý các KLN trong nước.
1.5.2. Tổng quan về cây Sậy (Phragmites australis) Đặc điểm cây Đặc điểm cây
Hình 11. Cấu trúc cây Sậy
Cây Sậy là lồi cây lớn thuộc họ Hịa thảo (Poaceae). Thân cây thẳng đứng và cứng rắn, có chiều cao từ 2 – 5m. Lá Sậy bao gồm một phiến lá (phần trên) và bẹ lá (phần thấp hơn) cách nhau bởi một lưỡi bẹ. Các phần dưới của bẹ lá thường bao trùm kín xung quanh. Lưỡi bẹ là một màng hoặc chồi cây trên bề mặt lá ở khớp nối giữa phiến lá và bẹ lá (Hình 11) (Swearingen và Saltonstall, 2010).
Rễ Sậy tạo thành một mạng lưới dày đặc dưới mặt đất và thân rễ của nó có thể kéo dài xuống vài feet. Rễ cây phát triển theo chiều ngang và có thể phát triển hơn 10 feet. (Hình 12) (Swearingen và Saltonstall, 2010).
Hình 12. Rễ cây Sậy
Sự phân bố của cây Sậy
Cây Sậy có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới trên thế giới. Sự phân bố của Sậy rất rộng, kéo dài từ vùng ôn đới lạnh đến vùng đất ngập nước của vùng nhiệt đới nóng và ẩm. Sậy có khả năng sống ở những nơi như sườn đồi hoặc bờ kè, nơi mà mực nước ngầm nằm cao gần bề mặt. Và nơi sống thích hợp nhất của chúng là các vùng chuyển giao của các dịng sơng, hồ, đầm lầy lớn. Vì thế mà chúng phát tán nhanh và rộng trên khắp các nước trên thế giới. Ngoài ra, cây Sậy cịn có thể sinh trưởng và phát triển tốt gần khu vực khai thác và chế biến mỏ (Sim, 2003).
Cây Sậy trong xử lý ô nhiễm
Sậy là một trong những loài thực vật được quan tâm nghiên cứu để loại bỏ KLN do nó có khả năng tích lũy KLN trong sinh khối và dưới hệ rễ tốt, khả năng sinh trưởng nhanh, thích nghi với nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. Ngồi ra, Sậy cũng có khả năng giải phóng các ion kim loại bằng sự thốt hơi nước, giảm nồng độ chất độc hại trong các mô của thân, lá. Sử dụng bãi lọc trồng cây Sậy để loại bỏ chất ô nhiễm trong nước sinh hoạt đạt hiệu quả rất cao: 92 – 95% đối với các hợp chất hữu cơ (amonii, nitrat, photphat) và các chỉ số oxy hoá (BOD, COD). Đối với nước thải cơng nghiệp có chứa các KLN như Cr, Cu, Al, Pb, Zn, Fe thì đạt 90 – 100%. Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B, các chất rắn lơ lửng đạt loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT (Lê Văn Nhạ, 2010).
Bãi lọc trồng cây với dòng chảy thẳng đứng thực nghiệm bởi Byoung và Scholz (2007) đã cho thấy hiệu suất loại bỏ KLN Ni trong nước thải đô thị đạt hiệu suất 89,4 – 92,1%. Ở nồng độ 1mg/l thì hiệu suất loại bỏ Fe đạt hiệu quả từ 70 – 95%. Hiệu suất xử lý các chất hữu cơ cũng khá cao 46,9 – 81,7% đối với Ammonia- nitrogen và 93,7 – 95,5% đối với Nitrate-nitrogen. Fletcher và cộng sự (2014) đã tiến hành thí nghiệm sử dụng cây Sậy trong bãi lọc có giá thể là zeolite và đá vơi để loại bỏ KLN. Kết quả cho thấy bãi lọc với giá thể zeolit đạt hiệu quả cao hơn so với đá vôi. Hiệu suất xử lý các KLN As, Fe, B trong bãi lọc với zeolit đạt 99,9 – 96,1 – 12% trong khi với đá vôi là 99,8 – 87,3 – 17%.
Cây Sậy là cây sống trong mơi trường đầm lầy và có vai trị quan trọng trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm, làm giảm nitrogen, phosphorus trong đất, trầm tích và giữ lại các chất dinh dưỡng, ngồi ra chúng cịn ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng của vùng đất ngập nước (Sim, 2003). Trong mơi trường đầm lầy, Sậy có hệ rễ rất phát triển cho phép vận chuyển một lượng lớn oxi vào trong môi trường chất nền, qua đó tạo điều kiện hiếu khí cho các phản ứng nitrat hóa (Sim, 2003).
Các nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy rằng cây Sậy (P. austrais) có khả năng xử lý tốt các chất ô nhiễm trong nước thải từ các hoạt động khai thác khoáng sản: KLN, chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, …