Luận án tiến sĩ: Giải pháp xử lý nước thải chì kẽm mỏ Bắc Kạn của Lê Sỹ Chính

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính LUAN AN TIEN SI KHOA HOC MOI TRUONG NAM 2017 Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THÁI KHAI THÁC VA CHE BIEN KHOANG SAN CHI, KEM TẠI TÍNH BAC KAN Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62440303 LUẬN ÁN TIEN SĨ KHOA HỌC MOI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Mai Trọng Nhuận 2. Nguyễn Xuân Hải NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực từ kết quả tham gia thực hiện đề tài nghiên cứu và luận án.

Dé thực hiện luận án, tôi đã trực tiếp tham gia vào đề tài nghiên cứu và được chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng kết quả phục vụ trong luận án như là sản phẩm đào tạo của đề tài. Một số kết quả đã được chúng tôi công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của đồng tác giả phù hợp với các quy định hiện hành. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án của mình. Tác giả luận án NCS.

Lê Sỹ Chính LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới GS.TS Mai Trọng Nhuận, PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải đã giao dé tài và tận tình hướng dan về khoa học, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho phép tôi hoàn thành bản luận án này. Đề tai luận án tiễn sĩ của tôi không thể hoàn thành nếu không có sự hỗ trợ kinh phí từ Dé tài KHCN-TB. Nguyễn Thị Hoàng Hà làm chủ nhiệm thuộc Chương trình Khoa học và Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2013-2018 “Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển bên vững vùng Tây Băc”. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hồ trợ can thiết do.

Tôi xin cam on sự giúp đố và ung hộ nhiệt tình của cán bộ thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa Môi trưởng và Ứng phó biến đổi khí hậu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên — Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là HVCH. Đặng Ngọc Thăng và Nguyễn Thị Hải đã phoi hợp cùng tôi tiễn hành các thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trưởng và Ứng phó biến đồi khí hậu cấp Đại học Quốc gia Hà Nội. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thay, cô giáo trong Khoa Môi trường — Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã dạy dỗ, giúp đỡ và bôi dưỡng cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Tôi xin gửi lời cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Hong Đức đã ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tham gia học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ở bên tôi, quan tâm, giúp đỡ, động viên và khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 MỤC LỤC LỜI CAM 310). o5 5< 5< 89343423 SEE3E13E33135138138158752535119138139 7325246 2 LOT CAM ON 077. 3 MO DAU issccsssssessesssssssessessessssssssssssessesssssssussusssssessesssssssussussussessessssnssuseusseesesseesseees 1 1.- tt ch v21 111515111 11111111111111111111111111111 1111111111111 11111 xEE 1 “0 vi 0P .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của để tỒI,.

Những đóng góp mới của đề tài.-- ¿25t St SE E1 E2EE1E71521211211211 2111111 2 CHUONG 1. TONG QUAN VE VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU. Hiện trạng khai thác và chế biến khoáng sản chì, kẽm. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm trên thế giới.

Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm ở Việt Nam. Hiện trạng khai thác và chế biến chì, kẽm khu mỏ Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn. Vật liệu trong xử lý ô nhiễm kim loại TIẶNE. Cơ chế hấp phụ của vật liệu.

¿2 52 SE E£EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEerkrrerkrex 13 1. Một số vật liệu được sử dụng trong xử lý 6 nhiễm môi trường nước. Các phương pháp nâng cao hoạt tính của vật liệu hấp phụ. Thực vật trong xử lý ô nhiễm kim loại TIẶNE.

Khái quát về sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm. Sử dụng bãi lọc trồng cây. Một số kết quả nghiên cứu khả năng xử lý kim loại bằng thực vật. Khả năng xử lý kim loại nặng của cây Sậy.-- Lee 42 CHƯƠNG 2.

ĐÓI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP (2200000100757 7. Đối tượng nghiên CỨU.-¿- ¿5£ ©E+SE9EE+EE2EE2EEEEEEEEEEEEE21121171171 7111111. Pham vi nghién 00 0n. NOI dung nghién CUWU 0.

Phương pháp nghiÊn CU. Phương pháp kế thừa, chọn loc và tong hợp tài liệu. Khảo sát thực địa và lay mẫu nghiên cứu. Phương pháp xử lý mẫu va phân tích mẫu.

Phương pháp xử lý số liệu. Phương pháp thực nghiệm.-- s5 1311 9 TH ng ng nh 48 2. Chế tạo và đánh giá khả năng xử lý của vật liệu hấp phụ. Đánh gia khả năng xử lý kim loại nặng của thực vật Sậy.

Nghiên cứu giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 50l/ngày dém. KET QUA VÀ THẢO LUẬN. Đánh giá ô nhiễm môi trường nước tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. pH, TSS, COD, BODs trong môi trường nưƯỚC.

Hàm lượng kim loại trong môi trường nưƯỚC. Nghiên cứu chế tạo vật liệu và đánh giá khả năng xử lý kim loại nặng. Đặc tính của bùn thải mỏ sắt Bản Cuôn, tinh Bắc Kạn. Nghiên cứu độ bèn vật liệu biến tính chế tao từ bùn thải mỏ sắt.

Nghiên cứu ảnh hưởng thủy tinh lỏng đến đặc tính vật liệu. Nghiên cứu hap phụ dạng mẻ của vật liệu biến tính. Nghiên cứu hap phụ cột của vật liệu biến tính. Đánh giá khả năng lắng tự nhiên va xử lý kim loại nặng của thực Vat.

Khả năng lăng tự nhiên của kim loại nặng trong nước. Khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải của thực vật. Khả năng tích lũy kim loại nặng trong thực vật. Nghiên cứu xây dựng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật.

Cơ sở khoa học lựa chọn vật liệu kết hợp với thực vật. Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật. Cơ chế xử ly nước thải của hệ vật liệu — thực vật. Nghiên cứu áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật xử lý nước thải khai thác và chế biến khoáng chì, kẽm tại huyện Chợ Đồn, tinh Bắc Kạn.

Đánh giá sự sinh trưởng và phat trién cử cây SAY. Đánh giá kết quả áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 5m /ngày đêm.---¿- 2 2S SSEEỀEEEEE211211211211111111121111111 11111111111 1g 123 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ,.--- 2 2s s£©se©ss£ssexsevsetsstssersersre 129 TÀI LIEU THAM KHHẢO.-- 2 5£ 22s s£ s2 ES££Ss£Sse ssEssessessezsess 131 PHỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT KLN: Kim loại nặng KT&CBKS: Khai thác và chế biến khoáng sản CB: Chế biến TSS: Tổng chat ran lơ lửng BODs: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt DANH MỤC BANG BIEU Bang 1. Các công nghệ và cơ chế xử lý 6 nhiễm băng thực vật. Điểm khảo sát thực địa khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn.

Số lượng mau lay tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồàn. Các thông số hệ thong hap phụ 2 và 3 (mg/]). Hàm lượng kim loại trong nước nghiên cứu với thực vật (mg/1). Nước thải pha chế trong thí nghiệm giải pháp kết hợp (mg/]).

Thành phần khoáng vật của mẫu bùn thải mỏ sắt.Thành phan hóa học của bùn thải mỏ sắt.--2- - 2 2 5 2+x+£zz£ss2 78 Bảng 3. Kết quả phân tích FTIR mau bùn thải mỏ sắt. Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-5S. Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-10S.

Theo dõi độ bền trong nước của vật liệu SBC2-15S. Các vật liệu biến tính dang hạt được chế ta0. Thành phan khoáng vật của vật liệu biến tính (%). Diện tích bề mat va mật độ điện tích bề mặt của vật liệu biến tinh.

Kết qua phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt. Độ bền của vật liệu hấp phụ với ty lệ thủy tinh long khác nhau. Mô hình động học hấp phụ.---¿--2- 5552 ©5222+22++£xezxzE+zrxerxerxees 90 Bang 3. Mô hình đăng nhiệt hấp phụ.---- 2-2 5¿©5+22++£x+£xzE+zrxerxerxees 94 Bảng 3.

Các tham số trong phương trình động học hap phụ Thomas. Khả năng phát triển của cây Sậy sau 1 tháng. Khả năng phát triển của cây Say sau 2 thang. Khả năng phát triển của Say cây sau 3 thang .------ z5 55¿ 122 DANH MỤC HÌNH VE Hình 1.

Sơ đồ công nghệ chế biến chì, kẽm .--- ¿2 2s 2 S+£++Ez£xzEzrxzzz 10 Hình 1. Sơ đồ hiện trạng công nghệ xử lý nước thải khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. Bãi tập kết quặng và bãi thải chì, kẽm tại mỏ Pù Sáp gần ngay lòng suối Tủm Tó (Nam Chợ ĐỒ)N),. ¿- ¿5£ ©SSE9SEÊEE£EE2EE2EEEEEEEEEEEEEEE121121121 7171211.

Bãi tập kết quặng và bãi thải chì, kẽm tại khu mỏ Băng Lãng (Nam Chợ 2010077. Hình thái và cau trúc của khoáng sét kaolinit. Hình thái và cau trúc của khoáng sét montmorillonit. Cấu trúc lập thể của Zeolit .----- + + ¿+ E+Sx+EE+E+E£Ecrkerkerkerxrreereee 23 Hình 1.

Hình thái của zeolit analcime (a) và chabazit (b). Sự thay đổi CEC trong quá trình hoạt hóa axit. Quá trình tái cấu trúc bentonit ở các giai đoạn xử lý.Ảnh chụp SEM oxit silic không phủ boc (a) và phủ bọc (b). Lớp cơ sở của montmorillonit được chèn bởi các chuỗi ankyl.

Quá trình hòa tan, tái kết tinh Zeolit.---¿- 2 5+ s>s+2x+zx+zxerxees 33 Hình 1. Các hạt zeolit phát triển trên bề mặt diatomit hoạt hóa với CTAB. Hệ thống bãi lọc trồng câyy.-- 2 ¿2 ©E+SE+EE2EE2EE2EEEEEEEEEerkrrrrreee 39 Hình 1. Cây Say mọc ven suối khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn.

Sơ đồ vị trí lay mẫu khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. Mỏ Nà BỐp. Lay mẫu nước mặt .--- - 2-2 s2 +2 E+E+E£EE£EESEE2EE2EEEEEEEEEEEkerkrrkrreee 47 Hình 2. Mẫu nước thải khu chế biến Lũng Váng.

Mẫu trước khi sấy. Mẫu sau khi sấy. Mẫu sau khi nghiễhn.- 2-2 2 2 2 E£+E£EE£EESEE2EE2EEEEEEEEEEEkerkrrkrreee 49 Hình 2. Chế tạo vật liệu hấp phụ .----¿--¿- 2 ¿+ SE+2E£EE£EE£EzEerEerkerxerxrrrrei 50 Hình 2.

Các dạng hấp phụ đắng nhiỆt.--- 2: 2 2+S£+E£+Ec£EtzEeExerxrrerreee 54 Hình 2. Sơ đồ hap phụ dang cột của vật liệu .----- 2 2 ++szx+zx+zszxzsz 56 Hình 2. Đường cong thoát cột hấp phụ. Thi nghiệm hap phụ cỘPt .----- 2 2 2E +E+EE+EE+EE+EE+E£EeEEeEEeExzrxzreee 59 Hình 2.

Hệ thống trồng cây Say (Phragmites australi$).----cs-cs5cs5c5+: 61 Hình 2. Hệ thống trồng cây Mộc tặc trai (Equisetum diffiusum). COt vat QU 1. Thí nghiệm sử dụng vat liệu và thực vat của hệ thống dòng chảy mặt — dòng chảy ngầm.- -- -- + Ss2SE2E2EEEEEEEEEEE12112112111111711111111.

Thiết kế hệ thống dòng chảy mặt và dong chảy ngầm.