Luận án tiến sĩ xử lý nước thải khai thác khoáng sản chì kẽm tại Bắc Kạn - Lê Sỹ Chính, ĐHQG Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NĂM 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Sỹ Chính NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN CHÌ, KẼM TẠI TỈNH BẮC KẠN Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Mai Trọng Nhuận 2. Nguyễn Xuân Hải NĂM 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.

Để 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 đề tài và tận tình hướng dẫn về khoa học, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho phép tôi hoàn thành bản luận án này. Đề tài luận án tiến sĩ của tôi không thể hoàn thành nếu không có sự hỗ trợ kinh phí từ Đề 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 bền vững vùng Tây Bắc”. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ cần thiết đó.

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và ủng hộ nhiệt tình của cán bộ thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa Môi trường 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 phối hợp cùng tôi tiến hành các thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trường và Ứng phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia Hà Nội. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã dạy dỗ, giúp đỡ và bồi 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 Hồng 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Những đóng góp mới của đề tài.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ 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 nặng. Cơ chế hấp phụ của vật liệu. Một số vật liệu được sử dụng trong xử lý ô 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 nặng. 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. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp kế thừa, chọn lọc và tổng hợp tài liệu.

Khảo sát thực địa và lấy mẫu nghiên cứu. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích mẫu. Phương pháp xử lý số liệu. Phương pháp thực nghiệm.

48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chế tạo và đánh giá khả năng xử lý của vật liệu hấp phụ. Đánh giá 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 đêm.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Đánh giá ô nhiễm môi trường nước tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. pH, TSS, COD, BOD5 trong môi trường nước. Hàm lượng kim loại trong môi trường nước.

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, tỉnh Bắc Kạn. Nghiên cứu độ bền vật liệu biến tính chế tạo từ bùn thải mỏ sắt. Nghiên cứu ảnh hưởng thủy tinh lỏng đến đặc tính vật liệu.

Nghiên cứu hấp phụ dạng mẻ của vật liệu biến tính. Nghiên cứu hấp phụ cột của vật liệu biến tính. Đánh giá khả năng lắng tự nhiên và xử lý kim loại nặng của thực vật. Khả năng lắng 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 lý 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, tỉnh Bắc Kạn. Đánh giá sự sinh trưởng và phát triển cử cây Sậy.

Đánh giá kết quả áp dụng giải pháp kết hợp vật liệu và thực vật quy mô 5m3/ngày đêm. 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 131 PHỤC LỤC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KLN: Kim loại nặng KT&CBKS: Khai thác và chế biến khoáng sản CB: Chế biến TSS: Tổng chất rắn lơ lửng BOD5: 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Các công nghệ và cơ chế xử lý ô nhiễm bằng thực vật. Điểm khảo sát thực địa khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. Số lượng mẫu lấy tại khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. Các thông số hệ thống hấp phụ 2 và 3 (mg/l).

Hàm lượng kim loại trong nước nghiên cứu với thực vật (mg/l). Nước thải pha chế trong thí nghiệm giải pháp kết hợp (mg/l). Thành phần khoáng vật của mẫu bùn thải mỏ sắt .Thành phần hóa học của bùn thải mỏ sắt. Kết quả phân tích FTIR mẫu 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 dạng hạt được chế tạo.

Thành phần khoáng vật của vật liệu biến tính (%). Diện tích bề mặt và mật độ điện tích bề mặt của vật liệu biến tính. Kết quả phân tích FTIR mẫu bùn thải mỏ sắt. Độ bền của vật liệu hấp phụ với tỷ lệ thủy tinh lỏng khác nhau.

Mô hình động học hấp phụ. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ. Các tham số trong phương trình động học hấp phụ Thomas. Khả năng phát triển của cây Sậy sau 1 tháng.

Khả năng phát triển của cây Sậy sau 2 tháng. Khả năng phát triển của Sậy cây sau 3 tháng. 122 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ công nghệ chế biến chì, kẽm.

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 Đồn). Bãi tập kết quặng và bãi thải chì, kẽm tại khu mỏ Bằng Lãng (Nam Chợ Đồn). Hình thái và cấu trúc của khoáng sét kaolinit.

Hình thái và cấu trúc của khoáng sét montmorillonit. Cấu trúc lập thể của zeolit. 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 bọc (a) và phủ bọc (b). Lớp cơ sở của montmorillonit được chèn bởi các chuỗi ankyl. Quá trình hòa tan, tái kết tinh zeolit. Các hạt zeolit phát triển trên bề mặt diatomit hoạt hóa với CTAB.

Hệ thống bãi lọc trồng cây. Cây Sậy mọc ven suối khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn. Sơ đồ vị trí lấy mẫu khu mỏ chì, kẽm Chợ Đồn. Mỏ Nà Bốp.

Mỏ Đèo An. Lấy mẫu nước mặt. Mẫu nước thải khu chế biến Lũng Váng. Mẫu trước khi sấy.

Mẫu sau khi sấy. Mẫu sau khi nghiền. Chế tạo vật liệu hấp phụ. Các dạng hấp phụ đẳng nhiệt.

Sơ đồ hấp phụ dạng cột của vật liệu. 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đường cong thoát cột hấp phụ. Thí nghiệm hấp phụ cột.

Hệ thống trồng cây Sậy (Phragmites australis). Hệ thống trồng cây Mộc tặc trãi (Equisetum diffusum). Cột vật liệu. Thí nghiệm sử dụng vật liệu và thực vật của hệ thống dòng chảy mặt – dòng chảy ngầm.

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