4. Ý nghĩa của đề tài
1.5.2.5.Xử lý mangan bằng phương pháp sinh học
Phương pháp này sử dụng lớp vật liệu đã được cấy trên bề mặt một loại vi khuẩn có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng. Xác vi khuẩn chết sẽ tạo ra trên bề mặt hạt vật liệu lọc màng đioxyt mangan (MnO2) có tác dụng như chất xúc tác quá trình khử mangan
Quá trình loại bỏ mangan sẽ d : MnO2 + O2 + Mn2+ 2MnO2
D 2+ màng
. 2
2+
[3].
1.6. Hiện trạng xử lý sắt và mangan trong nƣớc thải mỏ than hầm lò
Hiện nay khu vực tỉnh Quảng Ninh có trên 30 mỏ hầm lò đang hoạt động. Trong đó chỉ có 9 mỏ có trữ lượng huy động lớn, có công nghệ và cơ sở hạ tầng tương đối hoàn chỉnh, khai thác với sản lượng hầm lò từ 1,0 triệu tấn/năm trở. Các mỏ còn lại sản lượng khai thác dưới 1,0 triệu tấn/năm, kế hoạch thăm dò, dây chuyền công nghệ và cơ sở hạ tầng chưa đầy đủ . Tổng lượng nước thải ngành than khu vực Quảng Ninh theo kết quả số liệu điều tra tháng 7/2013 là 236.850 m3/ngày tương đương 86,45 triệu m3/năm. Riêng nước thải mỏ là 220.414 m3/ngày, tương đương 80,45 triệu m3/năm. Đã xây dựng 32 trạm xử lý nước thải mỏ, xử lý được 138.836 m3/ngày, tương đương 50,67 triệu m3/năm, đạt 63%.
Nước thải hầm lò bao gồm nước ngầm và nước phát sinh trong quá trình khai thác mỏ, vào mùa mưa thường có lưu lượng lớn hơn mùa khô, Nước thải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
hoà tan lưu huỳnh chứa trong than và đất đá nên thường có tính axit (3<pH < 5), hàm lượng kim loại nặng đặc biệt là mangan và sắt trong nước thải cao tuỳ thuộc vào đặc điểm nguồn nước và thời điểm xả thải nước ra môi trường.
Một số đơn vị đã có công trình xử lý nước thải là Xí nghiệp than Cao Thắng, Hà Lầm, Mạo Khê, Công ty than 790, nhà máy tuyển than Cửa Ông.... Hiệu quả xử lý pH, Mn, TSS của nước thải mỏ chưa đạt yêu cầu do việc vận hành và điều chỉnh việc cung cấp dung dịch vôi loãng và chất keo tụ. Tuy nhiên các hệ thống xử lý nước thải này cũng đã giảm thiểu được tác hại của nước thải mỏ. Mô hình xử lý nước thải phổ biến đang được áp dụng tại các khu khai thác than hầm lò như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Nước thải hầm lò được đưa vào bể điều hòa lưu lượng, sau đó nhờ hệ thống bơm và ống dẫn đưa qua bể trộn nhanh, tại đây nước thải được hòa trộn với hóa chất nâng pH như dung dịch sữa vôi hoặc dung dịch NaOH kết hợp sử dụng cánh khuấy hoặc sục khí. Sau đó nước thải chảy qua bể lắng sơ cấp để tách ra bùn cặn và lắng sơ bộ kim loại nặng. Trước khi được đưa vào bể lắng thứ cấp, người ta bổ sung vào nước thải một số hóa chất keo tụ và trợ keo tụ như PAC, PA. Sau bể lắng thứ cấp, nước thải được đưa vào nguồn tiếp nhận. Bùn cặn tại bể lắng được thu gom và đưa vào hệ thống xử lý bùn.
Với mô hình xử lý nước tại các trạm xử lý như trên, do hàm lượng kim loại nặng đặc biệt là sắt và mangan cao, và do có quá trình ôxy hóa cạnh trạnh giữa các ion Mn và Fe, nên nồng độ mangan sau xử lý của nước thải mỏ than hầm lò vẫn còn cao hơn nhiều so với các tiêu chuẩn cho phép.
1.7. Tác nhân ôxy hóa của nƣớc ôxy và ôzôn và ứng dụng của chúng
1.7.1. Nước ôxy (H2O2 )
Nước ôxy hay Hiđrô perôxít có công thức hóa học là H2O2 là một chất lỏng trong suốt, nhớt hơn một chút so với nước và là một chất có tính chất ô xy hóa mạnh.
Hiđrô perôxít có thể phân hủy tự nhiên thành nước và ôxy. Thông thường nó phản ứng như là một chất ôxi hóa, nhưng trong tường hợp các phản ứng có chất ô xy hóa mạnh hơn, nó phản ứng như là chất khử. Nó cũng rất nhanh chóng tạo ra các perôxít vô cơ và hữu cơ trong trường hợp thực hiện các phản ứng trao đổi.
Trong dung dịch nước, hiđrô perôxít có thể ôxi hóa hay khử nhiều loại ion vô cơ. Trong dung dịch axít ion sắt Fe2+
bị ôxi hóa thành ion sắt Fe3+, 2 Fe2+(Dung dịch) + H2O2 + 2 H+(dung dịch) → 2 Fe3+(dung dịch) +
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Ứng dụng của Hiđrô perôxít
- Trong công nghiệp
Khoảng 50% sản lượng hiđrô perôxít của thế giới năm 1994 được sử dụng để tẩy trắng giấy và bột giấy. Các ứng dụng tẩy trắng khác ngày càng trở nên quan trọng hơn do hiđrô perôxít được coi là chất thay thế tốt hơn về mặt môi trường so với các chất tẩy gốc clo.
Các ứng dụng chủ yếu khác trong công nghiệp của nó còn bao gồm cả việc sản xuất natri percacbonat và natri perborat. Nó còn được sử dụng trong sản xuất các hợp chất perôxít hữu cơ nào đó như dibenzoyl perôxít, được sử dụng như là chất mồi gốc tự do trong các phản ứng trùng hợp và các phản ứng hóa học khác. Nó cũng được sử dụng để sản xuất các êpôxit chẳng hạn như prôpylen ôxít. Phản ứng với các axít cacboxylic tạo ra các "a xít per " tương ứng; ví dụ axít peraxêtic sử dụng công nghiệp được điều chế theo cách này từ axít axêtic. Tương tự, axít mêta-clorôperôxybenzôic (MCPBA), được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm, cũng được điều chế từ axít meta- clorôbenzôic.
- Sử dụng trong y tế
Nước ôxy được sử dụng như là chất khử trùng và chất khử khuẩn trong nhiều năm. Trong khi việc sử dụng nó đã bị suy giảm trong những năm gần đây do sự phổ biến của các sản phẩm OTC có mùi vị dễ chịu hơn và có sẵn hơn thì nó vẫn được nhiều bệnh viện, bác sĩ và nha sĩ sử dụng trong việc vô trùng, làm sạch và xử lý mọi thứ từ sàn nhà đến các phẫu thuật chân răng.
Hiđrô perôxít 35% cấp thực phẩm được gọi là "nước ôxy", với các giá trị y học hay trị liệu được coi như là liệu pháp hiđrô perôxít. Những người chủ trương sử dụng sản phẩm này cho rằng nó có thể hòa loãng và sử dụng trong "liệu pháp siêu ôxi hóa" để điều trị AIDS, ung thư và nhiều bệnh khác, tuy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nhiên một số cũng kêu ca rằng thông tin về các sử dụng có lợi của perôxít bị cấm bởi cộng đồng khoa học. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Gần đây, các nhà thực hành y học khác cũng sử dụng các liều hiđrô perôxít tiêm tĩnh mạch trong nồng độ cực thấp (nhỏ hơn 1%) trong liệu pháp hiđrô perôxít - một hướng điều trị y học gây tranh cãi đối với ung thư. Tuy nhiên, theo Hiệp hội ung thư Mỹ, "đã không có các chứng cứ khoa học cho thấy hiđrô perôxít là an toàn, có hiệu quả hay có ích trong điều trị ung thư". Họ cũng khuyến cáo các bệnh nhân ung thư cần "duy trì việc chăm sóc của các bác sĩ chuyên khoa, là những người sử dụng các phương pháp điều trị đã được thử thách và các thử nghiệm điều trị đã được phê chuẩn của các điều trị mới có triển vọng".
1.7.2. Ôzôn
Ôzôn (O3) là một dạng thù hình của ôxy, trong phân tử của nó chứa ba nguyên tử ôxy thay vì hai như thông thường. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt. [19]
Ôzôn hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112°C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193°C. Ôzôn có tính ôxy hóa mạnh hơn ôxy, do nó không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử [19]:
O3 O2 + O O3 dễ dàng oxi hóa iodua đến iốt tự do:
O3 + 2KI + H2O I2 + O2 + 2 KOH
Vì vậy, giấy tẩm dung dịch iodua kali và hồ tinh bột (giấy iốt tinh bột) chuyển ngay thành màu xanhdo I2 mới sinh tác động với hồ tinh bột cho màu xanh. Ôzôn trong không khí kém bền hơn ôxy, dễ bị phân hủy thành ôxy theo phản ứng: 2 O3→ 3 O2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Ôzôn là một chất độc có khả năng ăn mòn vật liệu và gây ô nhiễm ở nồng độ cao , tuy nhiên ở nồng độ nhỏ lại có tác dụng diệt khuẩn, còn ở mức vĩ mô tầng ô zôn lại có tác dụng tốt, đã ngăn cản các tia độc hại của vũ trụ tác động đến trái đất. Ôzôn có mùi hăng mạnh. Nó tồn tại với một tỷ lệ nhỏ trong bầu khí quyển Trái Đất. Nó có thể được tạo thành từ O2 do phóng tĩnh điện, tia cực tím, ví dụ như trong các tia chớp, cũng như bởi tác động của bức xạ điện từ trường cao năng lượng. Ôzôn được điều chế trong máy ôzôn khi phóng điện êm qua ôxi hay qua không khí khô, tinh khiết. Trong thiên nhiên, ôzôn được tạo thành khi có sự phóng điện trong khí quyển (sấm, sét), cũng như khi ôxi hóa một số chất nhựa của các cây thông. [19]
Ứng dụng của ôzôn
- Trong công nghiệp
Ôzôn được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn. Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ôzôn để khử vi khuẩn thay vì sử dụng clo. Ôzôn không tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo, nhưng chúng cũng không tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút ôzôn vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống.
Trong công nghiệp ôzôn được sử dụng để: + Khử trùng nước uống trước khi đóng chai,
+ Khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học(sắt, asen, sulfua hiđrô, nitrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra "màu" của nước,
+ Hỗ trợ trong quá trình kết tụ (là quá trình kết tụ của các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen),
+ Làm sạch và tẩy trắng vải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của cả lô cao su.
- Trong y tế
Ôzôn, cùng với các ion hypoclorit, được sản xuất tự nhiên bởi các tế bào máu trắng (bạch cầu) cũng như rễ của cây cúc vạn thọ như là phương pháp để tiêu diệt các vật thể lạ. Khi ôzôn phân rã nó tạo thành các gốc tự do của ôxy, là những chất có hoạt tính cao và gây nguy hiểm hay tiêu diệt phần lớn các phân tử hữu cơ.
Ôzôn được sử dụng trong một số trường hợp trong y tế. Nó có thể được sử dụng để ảnh hưởng tới cân bằng chống ôxi hóa hỗ trợ ôxi hóa của cơ thể, khi đó thông thường cơ thể sẽ phản ứng với sự hiện diện của nó bằng cách sản sinh ra các enzym chống ôxi hóa. Liệu pháp ôzôn được sử dụng trong y học thử nghiệm, việc này đang gây ra nhiều nghi vấn do nó chưa được nghiên cứu và kiểm nghiệm một cách khoa học và cẩn thận. Liệu pháp này là nguy hiểm bởi vì ôzôn là một chất ăn mòn rất mạnh.
Tại Mỹ, liệu pháp ôzôn là bất hợp pháp, vì FDA vẫn chưa cho phép thử nghiệm nó trên người. Ít nhất đã có một người chết vì sử dụng nó tại Mỹ. Các máy "làm sạch không khí" để sản xuất "ôxy hoạt hóa", tức ôzôn, vẫn được bày bán trên thị trường Mỹ. Ôzôn được tìm thấy có khả năng phân hủy cholesteron, là chất làm cứng và hẹp các động mạch [20].
1.8. Ảnh hƣởng của sắt trong quá trình oxy hóa mangan
Fe tồn tại trong đất và khoáng chất chủ yếu dưới dạng Fe2O3 không tan và quặng pyrit sắt FeS2. Một dạng khác của sắt là FeCO3 rất ít tan. Vì trong nguồn nước ngầm chứa một lượng đáng kể CO2 nên FeCO3 có thể hòa tan theo phương trình phản ứng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Phản ứng này sẽ không xảy ra trong điều kiện có oxi hòa tan, tuy nhiên trong điều kiện kỵ khí, Fe3+
bị khử thành Fe2+ một cách dễ dàng.
Mangan tồn tại trong đất chủ yếu dưới dạng MnO2, rất ít tan trong nước có chứa CO2. Trong điều kiện kỵ khí, MnO2 bị khử thành Mn2+
Fe và Mn hòa tan trong nước ở môi trường kị khí, có hàm lượng CO2
cao và chúng tồn tại ở dạng Fe2+ và Mn2+. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trinh ôxy hóa pyrit sắt FeS2 không tan cũng là một trong những nguyên nhân tạo ra môi trường kị khí và sự hình thành sulfat sắt hòa tan:
2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O 2Fe2+ + 4 SO42- + 4H+ Quá trình oxi hóa đối với Sắt:
Trong nước có ôxy hòa tan, sắt (II) hydroxit sẽ chuyển hóa thành sắt (III) hydroxit theo phản ứng [16]
4Fe2+ + 8OH- + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 + 8H+
Sắt (III) hydroxit kết tủa bông màu vàng trong nước và dễ dàng tách ra khỏi pha nước thông qua quá trình lắng lọc [3].
Quá trình oxy hóa đối với mangan :
Tương tự như Fe, quá trình oxi hóa mangan diễn ra theo phương trình sau: Mn2+ + O2 + H2O Mn(OH)4 + H+
Phản ứng ôxy hóa tạo kết tủa mangan này diễn ra chậm và tối ưu trong điều kiện pH = 8,5 – 9,5. Mặt khác, quá trình oxi hóa sắt diễn ra nhanh hơn rất nhiều. Do vậy đối với nguồn nước chứa cả sắt và mangan, khả năng ôxy hóa của mangan bị giảm do quá trình ôxy hóa sắt diễn ra nhanh tiêu tốn một lượng O2 lớn [3].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
-Môi trường, nước thải phát sinh từ quá trình khai thác than tại mỏ hầm lò thuộc Công ty TNHH MTV 618 – Tổng Công ty than Đông Bắc.
-Các chỉ tiêu về lý hóa học của nước thải mỏ như (TSS, COD, BOD, pH, các kim loại nặng đặc biệt là mangan, sắt, công suất xả thải)
-Nghiên cứu, đề xuất công nghệ xử lý nước thải hầm lò có hàm lượng kim loại nặng lớn.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi về không gian nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu trong giới hạn mỏ than hầm lò công ty TNHH MTV 618 – Tổng Công ty than Đông Bắc. Địa điểm : Huyện Đông Triều – Tỉnh Quảng Ninh.
- Phạm vi về thời gian: Đánh giá, nghiên cứu về diễn biến chất lượng nước thải sản xuất và công nghệ xử lý trong khoảng thời gian 2013 – 2014, tham khảo báo cáo quan trắc môi trường từ 2012- 2013.
- Phạm vi nội dung: Đề tài nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải hầm lò, đưa ra hiện trạng ô nhiễm của nước thải hầm lò mỏ than.
Nghiên cứu và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải hầm lò nhằm nâng cao hiệu quả xử lý kim loại nặng đặc biệt là sắt và mangan mà không làm thay đổi hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm khác.
2.2. Nội dung nghiên cứu:
2.2.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực Đông Triều
- Thu thập số liệu, phân tích điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, môi trường có liên quan đến hoạt động sản xuất khai thác than Công ty TNHH MTV 618.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.2.2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm sắt và mangan trong nước thải khai thác than hầm lò công ty TNHH MTV 618 – Đông Triều – Quảng Ninh thác than hầm lò công ty TNHH MTV 618 – Đông Triều – Quảng Ninh
- Đánh giá hiện trạng ô nhiễm của nước thải khai thác than hầm lò của công ty than 618 dựa vào kết quả phân tích mẫu nước trước và sau xử lý. Đánh giá các chỉ tiêu như độ mầu, pH, COD, BOD, TSS, các kim loại nặng.