của thực vật Sậy
Kẽm (Zn):Hàm lượng Zn trong thí nghiệm với cây Sậy sử dụng nước thải
trực tiếp khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng giảm từ 5,4 mg/l xuống còn 2,18 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm hệ thống 1 (Hình 3.53). Hàm lượng Zn ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 6 mg/l và 1,5 mg/l, giảm xuống còn 2,42 mg/l và 0,04 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.53). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 19%;27,1%; 42,3% và 58,8% (Hình 3.79). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 24,2%, 31,5%, 41,8%, và 60,1% (Hình 3.54). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 69,9%, 78,1%, 80,5%, và 94,8% (Hình 3.54).
Hình 3.53. Diễn biến hàm lƣợng Zn trong nƣớc trồng cây Sậy
Hình 3.54. Hiệu suất xử lý kim loại Zn của thực vật Sậy của thực vật Sậy
Cadimi (Cd):Hàm lượng Cd trong thí nghiệm với cây Sậy sử dụng nước thải
trực tiếp khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng giảm từ 0,46 mg/l xuống còn khoảng 0,21 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm hệ thống 1 (Hình 3.55). Hàm lượng Cd ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 0,5 mg/l và 0,1 mg/l, giảm xuống còn 0,22 mg/l và 0,03 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.55). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 19,6%; 40,2%; 45,8% và 59,1% (Hình 3.56). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 18,6%; 42,5%; 47,9%, và 57,2% (Hình 3.56). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 33,3%; 62,9%; 62,8%, và 73,6% (Hình 3.56).
Hình 3.55. Diễn biến hàm lƣợng Cd
trong nƣớc trồng cây Sậy Hình 3.56. Hiệu suất xử lý kim loại Cd của thực vật Sậy
Chì (Pb): Hàm lượng Pb trong thí nghiệm với cây Sậy sử dụng nước thải trực tiếp khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng giảm từ 12,2 mg/l xuống còn khoảng 4,33 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm hệ thống 1 (Hình 3.57). Hàm lượng Pb ban đầu
trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 20 mg/l và 0,6 mg/l, giảm xuống còn 9,37 mg/l và 0,05 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.57). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 31,5%, 40,1%, 50,6%, và 62,4% (Hình 3.58). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 19,7%, 29,6%, 37,2%, và 53,3% (Hình 3.58). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 48,9%, 73,2%, 79,7%, và 91,5% (Hình 3.58).
Hình 3.57. Diễn biến hàm lƣợng Pb
trong nƣớc trồng cây Sậy Hình 3.58. Hiệu suất xử lý kim loại Pb của thực vật Sậy
Asen (As):Hàm lượng As trong thí nghiệm với cây Sậy sử dụng nước thải
trực tiếp khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng giảm từ 0,87 mg/l xuống còn khoảng 0,32 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm hệ thống 1 (Hình 3.59). Hàm lượng As ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 1 mg/l và 0,4 mg/l, giảm xuống còn 0,39 mg/l và 0,13 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.59). Hiệu suất xử lý As hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 9,1%, 24,4%, 34,1%, và 61,5% (Hình 3.60). Hiệu suất xử lý As hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 16,9%, 26,3%, 40,5%, và 63,5% (Hình 3.60).Hiệu suất xử lý As hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 18%, 24,2%, 35,4%, và 66,4% (Hình 3.60).
Hình 3.59. Diễn biến hàm lƣợng As trong nƣớc trồng cây Sậy
Hình 3.60. Hiệu suất xử lý kim loại As của thực vật Sậy của thực vật Sậy
3.3.2.2. Thực vật Mộc tặc trãi
Mangan (Mn): Hàm lượng Mn trong thí nghiệm với cây Mộc tặc trãi sử dụng
nước thải trực tiếp khu chế biến chì kẽm Lũng Váng giảm từ 18,3 mg/l xuống còn khoảng 1,47 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.61). Hàm lượng Mn ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 20 mg/l và 4 mg/l, giảm xuống còn 1,88 mg/l và 0,05 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.61). Hiệu suất xử lý Mn hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 39,0%, 61,4%, 74,0%, và 92,0% (Hình 3.62). Hiệu suất xử lý Mn hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 40,6%, 63,0%, 72,0%, và 90,6% (Hình 3.62). Hiệu suất xử lý Mn hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 81,5%, 89,9%, 96,7%, và 98,9% (Hình 3.62).
Hình 3.61. Diễn biến hàm lƣợng Mn
trong nƣớc trồng cây Mộc tặc trãi Hình 3.62. Hiệu suất xử lý kim loại Mn của thực vật Mộc tặc trãi
Kẽm (Zn): Hàm lượng Zn trong thí nghiệm với cây Mộc tặc trãi sử dụng nước thải trực tiếp khu chế biến chì kẽm Lũng Váng giảm từ 5,4 mg/l xuống còn
khoảng 2,06 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.63). Hàm lượng Zn ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 6 mg/l và 1,5 mg/l, giảm xuống còn 0,93 mg/l và 0,1 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.63). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 20,9%, 36,1%, 44,6%, và 62,1% (Hình 3.64). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 32,8%, 51,0%, 60,7%, và 84,5% (Hình 3.64). Hiệu suất xử lý Zn hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 57,6%, 85,7%, 88,1%, và 93,3% (Hình 3.64).
Hình 3.63. Diễn biến hàm lƣợng Zn
trong nƣớc trồng cây Mộc tặc trãi Hình 3.64. Hiệu suất xử lý kim loại Zn của thực vật Mộc tặc trãi
Cadimi (Cd): Hàm lượng Cd trong thí nghiệm với cây Mộc tặc trãi sử dụng
nước thải trực tiếp khu chế biến chì kẽm Lũng Váng giảm từ 0,46 mg/l xuống cịn khoảng 0,17 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.65). Hàm lượng Cd ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 0,5 mg/l và 0,1 mg/l, giảm xuống còn 0,15 mg/l và 0,02 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.65). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 26,1%, 38,6%, 40,0%, và 60,7% (Hình 3.66). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 33,3%, 54,0%, 60,9%, và 70,8% (Hình 3.66). Hiệu suất xử lý Cd hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 34,8%, 65,2%, 64,1%, và 76,8% (Hình 3.66).
Hình 3.65. Diễn biến hàm lƣợng Cd trong nƣớc trồng cây Mộc tặc trãi
Hình 3.66. Hiệu suất xử lý kim loại Cd của thực vật Mộc tặc trãi của thực vật Mộc tặc trãi
Chì (Pb): Hàm lượng Pb trong thí nghiệm với cây Mộc tặc trãi sử dụng nước
thải trực tiếp khu chế biến chì kẽm Lũng Váng giảm từ 20 mg/l xuống còn khoảng 2,1 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.67). Hàm lượng Pb ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 20 mg/l và 0,6 mg/l, giảm xuống còn 3,49 mg/l và 0,09 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.67). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 22,4%, 43,8%, 51,6%, và 82,4% (Hình 3.68). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 25,7%, 54,2%, 60,4%, và 82,5% (Hình 3.68). Hiệu suất xử lý Pb hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 31,4%, 60,7%, 61,9%, và 84,3% (Hình 3.68).
Hình 3.67. Diễn biến hàm lƣợng Pb
trong nƣớc trồng cây Mộc tặc trãi Hình 3.68. Hiệu suất xử lý kim loại Pb của thực vật Mộc tặc trãi
Asen (As): Hàm lượng As trong thí nghiệm với cây Mộc tặc trãi sử dụng nước thải trực tiếp khu chế biến chì kẽm Lũng Váng giảm từ 0,87 mg/l xuống cịn
khoảng 0,32 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.69). Hàm lượng As ban đầu trong thí nghiệm sử dụng nước thải pha chế tại hệ thống 2 và hệ thống 3 tương ứng là 1 mg/l và 0,4 mg/l giảm xuống còn 0,39 mg/l và 0,21 mg/l sau 10 ngày thí nghiệm (Hình 3.69). Hiệu suất xử lý As hệ thống 1 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 13,4%, 31,5%, 39,2%, và 63,7% (Hình 3.70). Hiệu suất xử lý As hệ thống 2 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 19,0%, 30,4%, 39,7%, và 62,0% (Hình 3.70). Hiệu suất xử lý As hệ thống 3 sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 10 ngày thí nghiệm tương ứng là 19,3%, 25,3%, 28,9%, và 46,8% (Hình 3.70).
Hình 3.69. Diễn biến hàm lƣợng As
trong nƣớc trồng cây Mộc tặc trãi Hình 3.70. Hiệu suất xử lý kim loại As của thực vật Mộc tặc trãi
3.3.3. Khả năng tích lũy kim loại nặng trong thực vật
3.3.3.1. Thực vật Sậy
Hàm lượng các KLN trong rễ, thân và lá được thể hiện trong các hình 3.71. Hàm lượng KLN trong rễ đều cao hơn hàm lượng trong thân và lá, chứng tỏ khả năng vận chuyển các kim loại từ rễ vào trong thân không cao. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As cao nhất trong rễ tương ứng đạt 3920, 1020, 91, 227, và 183 mg/kg- DW (dry weight – trọng lượng khô). Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As trong thân và lá tương ứng đạt 716, 149, 41, 227, và 88 mg/kg-DW (Hình 3.71).
Hình 3.71. Hàm lƣợng Mn, Zn, Cd, Pb và As tích lũy trong cây Sậy
3.3.3.2. Thực vật Mộc tặc trãi
Hàm lượng các kim loại nặng trong rễ, thân và lá được thể hiện trong các Hình 3.72. Hàm lượng kim loại trong rễ đều cao hơn hàm lượng trong thân và lá, chứng tỏ khả năng vận chuyển các kim loại từ rễ vào trong thân không cao. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As cao nhất trong rễ tương ứng đạt 7486, 7229, 1496, 174, 4167, và 274 mg/kg-DW. Hàm lượng Mn, Zn, Cd, Pb và As trong thân và lá tương ứng đạt 3204, 3201, 741, 71.4, 755, và 124 mg/kg-DW.
Hình 3.72. Hàm lƣợng Mn, Zn, Cd, Pb và As tích lũy trong Mộc tặc trãi
Kết quả phân tích thực vật Sậy và Mộc tặc trãi cho thấy hàm lượng kim loại trong thực vật trước khi tiến hành thí nghiệm bằng hàm lượng tương ứng trong cây trồng trong hệ thống nước cất không cho thêm kim loại. Hàm lượng kim loại tích lũy trong cây trồng trong hệ thống 1, 2 và 3 đều cao hơn hàm lượng tương ứng trong cây trước khi tiến hành thí nghiệm và cây trồng trong hệ thống nước cất không cho thêm kim loại. Hàm lượng kim loại tích lũy trong các cây mọc tại hệ thống 2 (hàm lượng kim loại trong nước cao nhất) cao hơn hàm lượng trong cây mọc tại hệ thống 1 và 3. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các hệ thống 1, 2 và 3 đều giảm đi nhiều hơn so với hệ thống không trồng cây. Kết quả này phản ánh khả năng xử lý nước ô nhiễm kim loại nặng của các cây tiến hành thí nghiệm.
3.4. Nghiên cứu xây dựng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật
3.4.1. Cơ sở khoa học lựa chọn vật liệu kết hợp với thực vật
3.4.1.1. Lựa chọn vật liệu hấp phụ
Cơ sở lựa chọn vật liệu hấp phụ gồm 2 yếu tố quan trọng nhất: (1) Tính chất hóa lý của chất cần xử lý; (2) Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ; (3) Chi phí sản xuất vật liệu. Với thành phần khống vật gồm gơtit, kaolinit, hematit vật liệu SBC2- 400-10S có khả năng hấp phụ KLN. Ngồi ra, diện tích bề mặt, mật độ điện tích và
giá trị pHPZC của vật liệu SBC2-400-10S lần lượt là 39,4 m2/g, 91mmolc(-)/kg và
10,5. So với mẫu vật liệu bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn SBC2 nguyên khai (pHPZCSBC2-BR =5,4) thì giá trị pHPZC của mẫu SBC2-400-10S cao hơn do vật liệu được chế tạo trộn với chất phụ gia 15% thủy tinh lỏng với thành phần Na2O = 11,5
~ 12,5%, SiO2 = 27,5 ~ 29,5%, d = 1,46±0,01 g/ml và nung ở nhiệt độ 4000C trong
thời gian 3 giờ. Vật liệu hấp phụ SBC2-400-10S có xu hướng hấp phụ các anion, do giá trị pH của thực nghiệm luôn nhỏ hơn so với pHPZC của vật liệu SBC2-400-10S. Sự có mặt của các nhóm chức hoạt động của vật liệu SBC2-400-10S bao gồm O-H (H bonded), Si-O-Si, Si-OH, chứng minh bề mặt vật liệu SBC2-400-10S mang điện tích âm, tốt cho hấp phụ các cation kim loại. Vì vậy, với những đặc tính hóa lý vật liệu SBC2-400-10S hồn tồn có thể hấp phụ các KLN. Vật liệu SBC2-400-10S sau 3 tháng thí nghiệm độ tan, cho thấy, vật liệu khá bền vững và ít tan trong nước. Đây là cơ sở đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu nhằm tránh gây tắc hệ thống xử lý và cũng gây ô nhiễm thứ cấp. So sánh các vật liệu chế tạo với tỷ lệ trộn thủy tinh lỏng khác nhau thì khả năng hấp phụ kim loại cũng khác nhau. Trong đó, vật liệu SBC2- 400 có khả năng hấp phụ cao nhất đối với các hợp chất As (III và V) đạt 554mg/kg, các vật liệu SBC2-400-5S, SBC2-400-10S, SBC2-400-15S, dung lượng hấp phụ As chỉ đạt 154 mg/kg, 59,5mg/kg, 82 mg/kg. Khả năng hấp phụ các hợp chất cation
kim loại như (Mn2+, Zn2+, Cd+, Pb2+), thì những vật liệu SBC2-400-5S, SBC2-400-
10S, SBC2-400-15S có khả năng xử lý tốt hơn so với SBC2-400. Đặc biệt, vật liệu SBC2-400-10S lại có khả năng hấp phụ vượt trội hơn so với liệu SBC2-400-5S, SBC2-400-15S. Ngoài ra, khi so sánh với vật liệu SBC2-R-15S là một trong những vật liệu chế tạo trộn 15% thủy tinh lỏng có khả năng hấp phụ tốt nhất thì mẫu vật
liệu SBC2-400-10S vẫn có khả năng hấp phụ tốt hơn và giảm chi phí khi trộn thủy tinh lỏng đã được chứng minh trong hấp phụ cột trong 25 ngày thí nghiệm. Như vậy, so sánh giữa các vật liệu đã chế tạo, vật liệu SBC2-400-10S là vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất.
Các mỏ quặng sắt phân bố hầu khắp địa bàn tỉnh Bắc Kạn, trong đó tập trung nhiều nhất ở các huyện Chợ Đồn, Ngân Sơn, Bắc Mê, với tổng trữ lượng khoảng 22 triệu tấn. Quá trình chế biến quặng sắt ở Bắc Kạn thải ra một khối lượng rất lớn bùn thải quặng đuôi. Nguyên liệu này như đã được chứng minh ở mục 3.2, sau khi gia
cơng trộn 10% chất kết dính thủy tinh lỏng và nung ở nhiệt độ 4000C trở thành một
loại vật liệu hấp phụ tốt, được sử dụng để xử lý nước thải của mỏ đã đạt hiệu quả cao. Khối lượng chất thải quặng đi hiện có tại các xí nghiệp chế biến quặng sắt ở Bắc Kạn hoàn tồn có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng để chế tạo vật liệu hấp phụ.
3.4.1.2. Lựa chọn thực vật
Các thí nghiệm trình bày trong mục 3.3 đã cho thấy khả năng xử lý KLN của cây Sậy ở các tải lượng ban đầu khác nhau. Ngoài ra, đây là loài thực vật phân bố