Như vậy, vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguyên liệu khoáng là bùn thải mỏ sắt nguyên khai được lấy từ bùn thải khu chế biến sắt Bản Cuôn, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. Nguyên liệu này được gia công nhiệt trong hỗn hợp nguyên liệu + thủy tinh lỏng + nước cất, được nung ở các nhiệt độ khác nhau (nhiệt độ phòng, 350
– 5500
C). Thủy tinh lỏng có thành phần là Na2O = 11,5 ~ 12,5%, SiO2 = 27,5 ~ 29,5%, d = 1.46±0,01 g/ml.
2.5.2. Đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng của thực vật địa phƣơng
Lựa chọn thực vật thu thập gần khu mỏ được dựa trên các tiêu chí: 1/ Mọc phổ biến trong khu vực nghiên cứu;
2/ Có khả năng chống chịu với nước thải khu KT & CBKS chì, kẽm; 3/ Khả năng tích lũy KLN cao;
4/ Sinh khối lớn;
5/ Phù hợp với kiểu dòng chảy động.
Để thõa mãn các tiêu chí trên thực vật Sậy (Phragmites australis) và Mộc tặc trãi (Equisetum diffusum) được lựa chọn cho nghiên cứu. Hai loài thực vật này tiếp tục được trồng và tiến hành các thí nghiệm để đánh giá chi tiết hơn về khả năng xử lý kim loại trong nước. Các thí nghiệm được tiến hành trong 30 ngày với mỗi thùng trồng 9 cây thành 3 hàng dọc và 3 hàng ngang, khối lượng cây trồng mỗi thùng là
nước cất, cây được cố định bằng đá (giá thể chi phí thấp, hấp phụ kém), thùng trồng bằng nhựa PP thể tích 30 lít (trước khi tiến hành thí nghiệm cây được trồng ổn định trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 4/2015).
Hệ thống mẫu thí nghiệm được bố trí như sau (Hình 2.16; 2.17):
Hệ thống 1: Các cây được trồng sử dụng nước lấy trực tiếp tại khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng (khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn).
Hệ thống 2: Trồng cây với nước pha chế có đặc điểm tương tự nước thải trực tiếp tại khu chế biến Lũng Váng.
Hệ thống 3: Trồng cây với nước pha chế có đặc điểm tương tự nước thải tại bể lắng số 3 tại khu chế biến chì, kẽm Lũng Váng.
Bảng 2.4. Hàm lƣợng kim loại trong nƣớc nghiên cứu với thực vật (mg/l)
Hệ thống As Cd Mn Pb Zn
Hệ thống 1 0,87 0,46 18,3 12,2 5,4
Hệ thống 2 1 0,5 20 20 6
Hệ thống 3 0,4 0,1 4 0,6 1,5
Hệ thống mẫu nước đối sánh: các chậu được thiết kế có hàm lượng kim loại giống hệ thống 2 và 3 nhưng không trồng cây. Hệ thống này được tiến hành nhằm đánh giá khả năng lắng tự nhiên hoặc hấp phụ vào vật liệu dùng làm giá thể. Ký hiệu là WR2 và WR3. Trồng cây trong phòng với điều kiện ánh sáng đầy đủ, nhiệt
độ điều hịa duy trì ở mức 25o
C.
Hệ thống mẫu cây đối sánh: Trồng cây trong nước cất với giá thể bằng đá. Trước khi tiến hành thí nghiệm mẫu cây được ký hiệu là B và sau khi kết thúc thí nghiệm được ký hiệu là C.
Hình 2.16. Hệ thống trồng cây Sậy (Phragmites australis)
Hình 2.17. Hệ thống trồng cây Mộc tặc trãi (Equisetum diffusum)
Thời gian trồng: 30 ngày chia làm 3 đợt, mỗi đợt 10 ngày. Sau 10 ngày, nước của từng hệ thống được thay mới với đặc điểm từng hệ thống như đã nêu ở trên. Bổ sung 3ml NPK (N-P-K: 5-5-5) dạng dung dịch sau mỗi đợt thay nước thí nghiệm.
2.5.2.1. Lấy mẫu nước thí nghiệm
Mẫu nước được lấy trong khi tiến hành thí nghiệm vào 1, 2, 3, 4, 7, 10 ngày sau khi trồng cây. Thời gian thí nghiệm 10 ngày dựa trên thực tế hàm lượng kim loại trong nước giảm khơng đáng kể sau 7-10 ngày. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần nhằm đánh giá khả năng xử lý với nguồn nước đầu vào không đổi.
Mẫu thực vật được lấy trước khi tiến hành thí nghiệm (ký hiệu là B) và sau khi hồn thành thí nghiệm (30 ngày). Với mỗi loài cây trong mỗi hệ thống thí nghiệm (cây đối sánh, hệ thống 1, 2 và 3) đều lấy 3 mẫu. Mỗi mẫu lấy tối thiểu 50 g trọng lượng ướt.
2.5.2.3. Tính tốn hệ số tích lũy và hệ số vận chuyển
Hệ số tích lũy trong cây (BCF) là tỉ số giữa tổng nồng độ các nguyên tố trong cây và môi trường phát triển [119].
BCF= Hàm lượng trong cây mg /kg
Hàm lượng trong môi trường (mg /kg )
Hệ số tích lũy trong cây cho đất (BCFs) là tỉ số giữa hàm lượng nguyên tố trong cây và trong đất tại cùng vị trí.
Hệ số tích lũy trong cây cho nước (BCFw) là tỉ số giữa hàm lượng nguyên tố trong cây và hàm lượng nguyên tố trong nước tại cùng một vị trí
Hệ số vận chuyển (TF) là tỉ lệ hàm lượng nguyên tố trong rễ và hàm lượng
nguyên tố trong thân, lá.Khả năng dịch chuyển các nguyên tố từ rễ lên thân [134].
2.5.3. Nghiên cứu giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 50l/ngày đêm
Phương pháp nghiên cứu kết hợp vật liệu và thực vật là phương pháp sử dụng tích hợp các công nghệ địa môi trường và địa sinh thái trong xử lý ơ nhiễm mơi trường, trong đó phổ biến là việc sử dụng tích hợp các nguyên liệu tự nhiên và thực vật/hệ sinh thái để xử lý ô nhiễm môi trường
2.5.3.1. Vật liệu và thực vật
Vật liệu được sử dụng là SBC2-400-10S. Cây Sậy (Phragmites australis) được thu thập tại bãi bồi ven sông và rửa sạch bằng nước máy. Cây Sậy được trồng trong 2 bể được thiết kế tương ứng với bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt và dịng chảy ngầm. Thí nghiệm bắt đầu sau khi cây phát triển trong thời gian 3 tháng, mật độ trồng là một cụm có 3 cây khoảng cách trung bình 15 cm x 15 cm, gốc Sậy trong mỗi hệ thống là 40 cây. Nhiệt độ trung bình và giờ ánh sáng mặt trời hàng ngày là
khoảng 22oC đến 12 giờ.
Thí nghiệm áp dụng quy trình kết hợp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 50l/ngày đêm được tiến hành trong 30 ngày với hàm lượng kim loại tương tự nước thải tại bể lắng số 3 tại Bằng Lũng như bảng 2.5.
Bảng 2.5. Nƣớc thải pha chế trong thí nghiệm giải pháp kết hợp (mg/l)
Kim loại nặng As Cd Mn Pb Zn
Nồng độ 0,4 0,1 4 0,6 1,5
Cột vật liệu
- Lưu lượng nước thải xử lý: 100l/ngày; - Khối lượng vật liệu: 1400 g;
- Thời gian lưu: 30 phút (từ kết quả thí nghiệm trước đó);
- Bình chứa vật liệu được thiết kế sử dụng ống nhựa trong suốt Acrylic với thể tích 1,8 lít (Hình 2.18).