ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN THỊ THIÊN HƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI MỎ THAN NA DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ THIÊN HƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI MỎ THAN NA DƯƠNG Ngành: Hóa học Chuyên ngành: Hóa môi trƣờng Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CÔNG TIẾN DŨNG PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành Phòng Thí nghiệm Môi trường,Viện Khoa Học Công nghệ Mỏ Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trường , Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Công Tiến Dũng trường Đại học Mỏ - Địa chất PGS Tiến sĩ Đỗ Quang Trung Trưởng Bộ môn Hoá Môi trường Khoa hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội giúp đỡ em nhiều suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Những giúp đỡ nhiệt tình thầy giúp em nhiều việc định hướng đề tài nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu hoàn thiện luận văn… Những bảo thầy giúp em hiểu rõ lĩnh vực xử lý môi trường tái sử dụng tài nguyên cho mỏ khai thác than khoáng sản Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy tất giúp đỡ, hướng dẫn, động viên em suốt thời gian làm đề tài Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo PTN Hoá Môi trường, Khoa Hóa Học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2015 Học viên Trần Thị Thiên Hương MỞ ĐẦU Đồng hành với phát triển nhanh kinh tế, năm gần đây, nhu cầu ngày cao dùng than để sản xuất tiêu dùng Các quốc gia giới tiến hành khai thác than với sản lƣợng ngày lớn, kéo theo số lƣợng lớn chất thải mỏ khai thác đất đá thải nƣớc thải mỏ thành phần gây ô nhiễm môi trƣờng khu vực khai khoáng Tại Việt Nam trình khai thác than diễn nhiều năm, chất lƣợng môi trƣờng số vùng than trọng điểm nhƣ Đông bắc, Quảng ninh bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh vòng 20 năm trở lại đây, nhiều nguồn tài nguyên môi trƣờng bị khai thác cạn kiệt, gây bồi lấp dòng sông, suối; hoạt động vận tải, sàng tuyển khai thác than loại khoáng sàng khác gây nguồn ô nhiễm nguồn nƣớc lớn, tăng sức ép lên vùng sinh thái nhạy cảm Hoạt động nguyên nhân làm suy thoái tài nguyên, môi trƣờng, ảnh hƣởng trực tiếp đến tiềm phát triển kinh tế xã hội đời sống Phần lớn hoạt động kinh tế - xã hội, có du lịch thuỷ sản phụ thuộc nhiều vào chất lƣợng nguồn tài nguyên môi trƣờng Mục đích nghiên cứu đề tài tìm phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mỏ than phù hợp để thu đƣợc nƣớc sau xử lý có tiêu đạt yêu cầu theo quy chuẩn xả thải hành tái sử dụng lại khu mỏ Bên cạnh đó, nghiên cứu tái sử dụng nguồn nƣớc thải axit mỏ điều chế dung dịch keo tụ phục vụ cho xử lý nƣớc giải pháp khoa học kinh tế cho vấn đề giải ô nhiễm môi trƣờng Do yêu cầu phát triển công nghệ tái chế trở thành giải pháp quan trọng xử lý chất thải mỏ than tiết kiệm lƣợng CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình ô nhiễm nước thải khai thác than Tình hình ô nhiễm nước thải khai thác than * Sự hình thành đặc tính nƣớc thải mỏ than Quá trình oxy hóa quặng pyrit hay cancopirit, sphalerit, galen tầng than phân hủy thành phần than xảy bề mặt đƣợc tiếp xúc với chất oxy hóa nƣớc, môi trƣờng hiếu khí hay yếm khí tùy thuộc vào chất oxy hóa [2,30] Quá trình diễn phức tạp có liên quan đến hóa học, sinh học, phản ứng điện hóa theo phản ứng 2+ 2- + FeS2(r) + 7/2 O2 + H2O → Fe + 2SO4 + 2H 2+ + (1) 3+ Fe + ¼ O2 + H → Fe + ½ H2O 3+ (2) + Fe + 3H2O → Fe(OH)3 +3H 3+ (3) 2+ 2- + 14 Fe + FeS2(r) +8H2O →15 Fe + 2SO4 + 16H (4) Các vi sinh vật ƣa khí sử dụng lƣu huỳnh làm chất dinh dƣỡng nhƣ chủng  Do gây tính axit nƣớc thải mỏ Thiobacillus, Ferrooxidans, Sulfobaccillusan, thƣờng tồn môi trƣờng nƣớc mỏ Khi tham gia phản ứng chúng có tác dụng nhƣ chất xúc tác làm tăng cƣờng độ phạm vi phản ứng Khi tiến hành hoạt động khai thác hình thành moong sâu đến hàng trăm mét, nơi tập trung nƣớc cục Để đảm bảo hoạt động mỏ, ngƣời ta phải thƣờng xuyên bơm tháo khô nƣớc đáy moong, hầm lò, hình thành phễu hạ thấp mực nƣớc dƣới đất với độ sâu mực nƣớc từ vài chục đến hàng trăm mét bán kính phễu hàng trăm mét Điều dẫn đến tháo khô công trình chứa nƣớc mặt nhƣ hồ ao, xung quanh khu mỏ Mức độ ô nhiễm hóa học nguồn nƣớc phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ đặc điểm thân quặng, thành phần thạch học độ bền vững đất đá chứa CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp thu đƣợc kết nhƣ sau: Đã nghiên cứu hiệu sử dụng dung dịch Ca(OH)2; Ca(OH)2+ Na2CO3; NaOH kết hợp với chất trợ keo tụ PAM xử lý nƣớc thải mỏ than Na Dƣơng Các điều kiện thích hợp cho trình xử lý nƣớc thải dung dịch NaOH 5%, polyme trợ lắng keo tụ N208 (1‰) với khoảng pH thích hợp cho trình kết tủa, = 8,0 ÷8,5 thời gian 30 phút Nƣớc thải đầu sau trình xử lý đáp ứng đƣợc quy chuẩn QCVN 40 (B): 2011/BTNMT đƣợc tái sử dụng cho sản xuất mục đích khác Đã nghiên cứu tái sử dụng nƣớc thải axít mỏ cách thu hồi sắt nhôm để chế tạo chất keo tụ Poly-Nhôm-Sắt sunphát (PAFS) Quy trình thích hợp pH nƣớc thải ban đầu khoảng 2,5÷3,0 Điều chỉnh pH dung dịch H2SO4 0,1 N NaOH 4M pH = 5,0; thời gian tiếp xúc thoáng khí 24 giờ; Dung dịch Poly-Nhôm-Sắt sunphát 8,0% sản xuất từ nƣớc thải mỏ than có khả xử lý nƣớc thải có hàm lƣợng rắn lơ lửng, độ đục, hàm lƣợng chất hữu cơ, phốt hòa tan phốt tổng số cao Đã nghiên cứu thử nghiệm xử lý nƣớc thải sinh hoạt dung dịch PolyNhôm-Sắt sunphát thành phần 8,0% điều chế đƣợc cho thấy với liều lƣợng 0,6 mM (Fe, Al) hiệu suất xử lý cao TSS 70%; Độ đục đạt đƣợc 72%; PO43-là 65,3%; P-tổng số 73% Tại liều lƣợng 0,5 mM (Fe, Al): Hiệu suất xử lý BOD 64,1%; COD 76% Đã đề xuất phƣơng án xử lý nƣớc thải mỏ than phù hợp mỏ than Na Dƣơng khả áp dụng cho loại hình nƣớc thải khai thác mỏ tƣơng tự để giải ô nhiễm môi trƣờng giảm thiểu nguồn nƣớc thải phải xử lý đem lại lợi ích kinh tế cụ thể cho mỏ than TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ Phospho, NXB Khoa Học Tự nhiên Công nghệ Hà Nội, Hà Nội Hồ Sỹ Giao (2010), Bảo vệ môi trường khai thác mỏ lộ thiên, Đại học Mỏ Địa chất, NXB từ điển Bách Khoa, Hà Nội Trần Đức Hạ (2002), Cơ sở hoá học trình xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội Hoàng Huệ (1996), Xử lý nước thải, Nhà Xuất Bản Xây Dựng, Hà Nội Phạm Luận (2004), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ hấp thụ quang phân tử UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Mô (1993), Kỹ thuật môi trường, NXB Xây Dựng Hà Nội, Hà Nội Trần Hiếu Nhuệ(1978), Xử lý nước thải, NXB Khoa họckỹ thuật Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Nhân Ngô Thị Nga (1999), Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Văn Hữu Tập (2015), Nghiên cứu xử lý nâng cao nước thải hầm lò mỏ than để tái sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, trích kỷ yếu hội nghị môi trƣờng toàn quốc lần thứ IV, Bộ tài nguyên Môi trƣờng, Hà Nội, 29/09/2015 Website: môi trƣờng việt.edu.vn 10 Lê Hoàng Việt Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Đại học Cần Thơ, Cần Thơ Tiếng Anh: 11 A.Akcil, S.Koldas, Acid mine drainage (AMD) (2006), “Causes, treatment and case studies”, J.Clean Product, 14, pp.1139-1145 12 ASTM - American Society for testing and materials (1995), Standard practice for Coagulation-Flocculation jar test of water, Annual book of ASTM D 19.03, 11(02) 13 Auvray F, Van Hullebusch ED, Deluchat V (2006), “Laboratory investigation of the phosphorus removal (SRP and TP) from eutrophic lake water treated with aluminium”, Water Research, 40 (14), pp 2713-2719 14 Bratby J (2006), Coagulation and Flocculation in water and wastewater treatment, IWA publisher, London 15 Brown Melanie, Barley Bob, Haney word (2002), Mineral water treament technology, application & policy , IWA publisher, London 16 Charerntanyarak L (1999), “Heavy metals removal by chemical coagulation and precipitation”, Water Science & technology, 39(10), pp.135-138 17 Crites, R.W, Middle brooks, E.J, Reed (2005), Natural wastewater treatment systems, published by CRC Press, Boca Raton, Florida 18 Eaton, A.D ( 2012), Standard methods for the Examination of Water and Waste Water, 22nd, published by American Public Health Association,Washington 19 Ebeling Jame M, Philip L.Sribrell (2003), “Evaluation of chemical coagulation flocculation aids for the removal of suspended solids and phosphorus from intensive recirculating aquaculture effluent discharge”, Aquacultural Engineering, Volume 29, Issues 1-2, pp 23-42 20 Fauquer (1995), “Sulphate-Reducing-Bacteria”, G D, L.L.Barton(Ed) Biotechnology Handbooks, 8, published plenum press, New York, pp 217 21 Grady C P Leslie Jr, Glen T Daigger, Henry C Lim (2013), Biological Wastewater Treatment, Marcel Dekker publisher, New York 22 Hammer D A & Bastian, R.K (1989), Wetland Ecosystems natural water purifier in constructed wetlands for water treament municipal Industrial & agricultural, lewis publiser, Inc., Michigan, pp.6-20 23 Hedin RS, George R Watzlaf, and Robert w.wairn (1994), “Passive treament of Acid Mine Drainage with Lime stone” J.Environ, 23, pp.1338-1345 24 Johnson D B, K.B.Hallberg (2005), “Acid mine drainage remediation options: a review”, Sci Total Environ, 38, pp.3-14 25 Liu Haibin, Liu Zhenhing (2010), “Recycling utilization patterns of coal mining waste in china resources”, conservation & recycling, 54, pp.13311340 26 Menezes J C S S , R A Silva, I S.Arce (2010), “Production of a poly-aluminoiron sulphate coagulant by chemical precipitation of a coal mining acid drainage”, Minerals Enginering, 23, pp 249-251 27 Metcalf, & Eddy, Inc., Revised by Tchobananoglous, G & Burton, F.L (1991), Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse, McGraw-Hill series in water resources and environmental engineering, New York, New York 28 Nguyen Phu Vu, Le Ngoc Ninh, Doan Trung Sy (2009), “Research on Systerm of treating mining waste water by KABENILIS compound to protect mining enviroment”, Proceedings of Workshop on Mining environmental Problems and protection Future Collaboration Vietnam – Thailan, Hanoi, pp 94-98 29 Once M S, A.Muhas, E.Demirbas, M.Kobya (2013), “A comparative study of chemical precipitation and electrocoagulation for treatment of coal acid drainage wastewater”, Journal of Environmental chemical engineering , pp 989-995 30 Rao S R, Gehr, R.,Rindeau, M., Lu,D., Finch, J.A (1992), “Acid mine drainage as a coagulant”, Minerals Engineering, 5(9), pp.1011-1020 31 Reynolds Tom D – Texas A&M University & Paul A Richards – University of Southwestern Louisiana (1996), Unit Operations Processes in environmental Engineering, Cengage learning publisher, Boston 32 Singh RN, Dharmappa HB, Sivakumar M (1996), “Wastewater quality management in coal mines in the Illawarra region”, International conference on Mining and the Environment, Bandung, Indonesia, pp.9.1-9.16 33 US Army Corps of Engineers (2001) “ Engineering and design: Precipitation/Coagulation/ Flocculation”, EM 1110-1-4, pp 8-2 -8-3 34 Wei, X, Viadero, R.C., Buzby, K.M (2005), “Recovery of iron and aluminum from acid mine drainage by selective precipitation”, Environmental Engineering Science , 22, pp.745-755 35 Wingrove K (1996), Wastewater management in Illawarra coal mines, BE thesis, University of Wollongong publisher, Wollongong, Australia 36 Younger Paul L, Steven A, Banwart & Robert S Hedin (2002), Mine water : Hydrology, pollution, remediation, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht [...]... protection Future Collaboration Vietnam – Thailan, Hanoi, pp 94-98 29 Once M S, A.Muhas, E.Demirbas, M.Kobya (2013), “A comparative study of chemical precipitation and electrocoagulation for treatment of coal acid drainage wastewater”, Journal of Environmental chemical engineering 1 , pp 989-995 30 Rao S R, Gehr, R.,Rindeau, M., Lu,D., Finch, J.A (1992), “Acid mine drainage as a coagulant”, Minerals Engineering,... Reynolds Tom D – Texas A&M University & Paul A Richards – University of Southwestern Louisiana (1996), Unit Operations Processes in environmental Engineering, Cengage learning publisher, Boston 32 Singh RN, Dharmappa HB, Sivakumar M (1996), “Wastewater quality management in coal mines in the Illawarra region”, International conference on Mining and the Environment, Bandung, Indonesia, pp.9.1-9.16 33 US Army...26 Menezes J C S S , R A Silva, I S.Arce (2010), “Production of a poly-aluminoiron sulphate coagulant by chemical precipitation of a coal mining acid drainage”, Minerals Enginering, 23, pp 249-251 27 Metcalf, & Eddy, Inc., Revised by Tchobananoglous, G & Burton, F.L (1991), Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse, McGraw-Hill series in water resources and environmental engineering,... Precipitation/Coagulation/ Flocculation”, EM 1110-1-4, pp 8-2 -8-3 34 Wei, X, Viadero, R.C., Buzby, K.M (2005), “Recovery of iron and aluminum from acid mine drainage by selective precipitation”, Environmental Engineering Science , 22, pp.745-755 35 Wingrove K (1996), Wastewater management in Illawarra coal mines, BE thesis, University of Wollongong publisher, Wollongong, Australia 36 Younger Paul L, Steven A, Banwart &