Nghiên cứu các điều kiện thích hợp để xử lý và tái sử dụng nước thải mỏ than na dương

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 LUẬN VĂN THẠ

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

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 trường

Mã số: 60440120

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 TS CÔNG TIẾN DŨNG

2 PGS.TS ĐỖ QUANG TRUNG

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành tại Phòng Thí nghiệm Môi trường,Viện Khoa Học Công nghệ Mỏ và 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 và 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 đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Những giúp đỡ hết sức nhiệt tình của các thầy đã giúp em rất nhiều trong việc định hướng đề tài nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu và hoàn thiện luận văn… Những chỉ bảo của các thầy đã giúp em hiểu rõ hơn

về lĩnh vực xử lý môi trường và tái sử dụng tài nguyên cho các mỏ khai thác than - khoáng sản Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy vì tất cả những giúp đỡ, hướng dẫn, động viên em trong suốt thời gian làm đề tài

Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo PTN Hoá Môi trường, Khoa Hóa Học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2015 Học viên

Trần Thị Thiên Hương

1

MỞ ĐẦU

Đồng hành với sự phát triển nhanh của nền kinh tế, trong những năm gần đây, do nhu cầu ngày càng cao dùng than để sản xuất và tiêu dùng Các quốc gia trên thế giới đã tiến hành khai thác than với sản lượng ngày càng lớn, kéo theo đó là

cả một số lượng lớn chất thải mỏ do khai thác trong đó đất đá thải và nước thải mỏ

là các thành phần chính gây ô nhiễm môi trường khu vực khai khoáng

Tại Việt Nam quá trình khai thác than đã diễn ra nhiều năm, chất lượng môi trường ở một số vùng than trọng điểm như Đông bắc, Quảng ninh đã bị tác động mạnh, đa dạng sinh học suy giảm nhanh trong vòng 20 năm trở lại đây, nhiều nguồn tài nguyên môi trường đã bị khai thác cạn kiệt, gây ra bồi lấp các dòng sông, suối; các hoạt động vận tải, sàng tuyển khai thác than và các loại khoáng sàng khác đã gây ra những nguồn ô nhiễm về nguồn nước lớn, tăng sức ép lên các vùng sinh thái nhạy cảm Hoạt động này đã đang là nguyên nhân làm suy thoái tài nguyên, môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến tiềm năng phát triển kinh tế xã hội và đời sống Phần lớn các hoạt động kinh tế - xã hội, trong đó có du lịch và thuỷ sản phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của các nguồn tài nguyên môi trường

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm ra phương pháp xử lý nước thải mỏ than phù hợp để thu được nước sau xử lý có các chỉ tiêu đạt yêu cầu theo quy chuẩn

xả thải hiện hành và tái sử dụng lại ngay trong khu mỏ Bên cạnh đó, nghiên cứu tái

sử dụng nguồn nước thải axit mỏ bằng điều chế dung dịch keo tụ phục vụ cho xử lý nước là giải pháp khoa học và kinh tế cho vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường

Do đó yêu cầu về phát triển công nghệ tái chế đã trở thành giải pháp quan trọng trong xử lý chất thải mỏ than và tiết kiệm năng lượng

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình hình ô nhiễm nước thải trong khai thác than

Tình hình ô nhiễm nước thải trong khai thác than

* Sự hình thành và đặc tính nước thải mỏ than

Quá trình oxy hóa quặng pyrit hay cancopirit, sphalerit, galen trong các tầng than và sự phân hủy các thành phần trong than có thể xảy ra khi bề mặt được tiếp xúc với chất oxy hóa và nước, hoặc trong môi trường hiếu khí hay yếm khí tùy thuộc vào các chất oxy hóa [2,30] Quá trình này diễn ra rất phức tạp có liên quan đến hóa học, sinh học, và các phản ứng điện hóa theo các phản ứng

Các vi sinh vật ưa khí và sử dụng lưu huỳnh làm chất dinh dưỡng như chủng

Thiobacillus, Ferrooxidans, Sulfobaccillusan, thường tồn tại trong môi trường nước

mỏ Khi tham gia phản ứng chúng có tác dụng như chất xúc tác làm tăng cường độ

và phạm vi của phản ứng

Khi tiến hành các hoạt động khai thác sẽ hình thành các moong sâu đến hàng trăm mét, là nơi tập trung nước cục bộ Để đảm bảo hoạt động của mỏ, người ta phải thường xuyên bơm tháo khô nước ở đáy moong, hầm lò, hình thành các phễu

hạ thấp mực nước dưới đất với độ sâu mực nước từ vài chục đến hàng trăm mét và bán kính phễu hàng trăm mét Điều đó dẫn đến tháo khô các công trình chứa nước trên mặt như hồ ao, xung quanh khu mỏ

FeS2(r) + 7/2 O2 + H2O → Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (1)

Fe2++ ¼ O2 + H+ → Fe3+ + ½ H2O (2)

Fe3++ 3H2O → Fe(OH)3 +3H+ (3)

14 Fe3++ FeS2(r) +8H2O →15 Fe2++ 2SO42-+ 16H+ (4)

 Do đó gây ra tính axit trong nước thải mỏ

3 Mức độ ô nhiễm hóa học các nguồn nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm thân quặng, thành phần thạch học và độ bền vững của đất đá chứa

4

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp chúng tôi thu được kết quả chính như sau:

1 Đã nghiên cứu hiệu quả sử dụng dung dịch Ca(OH)2; Ca(OH)2+Na2CO3; NaOH kết hợp với chất trợ keo tụ PAM trong xử lý nước thải mỏ than Na Dương Các điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý nước thải là dung dịch NaOH 5%, polyme trợ lắng keo tụ N208 (1‰) với khoảng pH thích hợp cho quá trình kết tủa,

= 8,0 ÷8,5 và thời gian 30 phút Nước thải đầu ra sau quá trình xử lý đáp ứng được quy chuẩn QCVN 40 (B): 2011/BTNMT được tái sử dụng cho sản xuất và các mục đích khác

2 Đã nghiên cứu tái sử dụng nước thải axít mỏ bằng cách thu hồi sắt và nhôm để chế tạo chất keo tụ Poly-Nhôm-Sắt sunphát (PAFS) Quy trình thích hợp là

pH nước thải ban đầu trong khoảng 2,5÷3,0 Điều chỉnh pH bằng dung dịch H2SO4 0,1 N và NaOH 4M về pH = 5,0; thời gian tiếp xúc thoáng khí là 24 giờ; Dung dịch Poly-Nhôm-Sắt sunphát 8,0% sản xuất từ nước thải mỏ than có khả năng xử lý nước thải có hàm lượng rắn lơ lửng, độ đục, hàm lượng chất hữu cơ, phốt pho hòa tan và phốt pho tổng số cao

3 Đã nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng dung dịch Poly-Nhôm-Sắt sunphát thành phần 8,0% điều chế được cho thấy với liều lượng 0,6 mM (Fe, Al) hiệu suất xử lý cao nhất đối với TSS là 70%; Độ đục đạt được 72%; PO43-là 65,3%; và P-tổng số là 73% Tại liều lượng 0,5 mM (Fe, Al): Hiệu suất xử lý BOD

là 64,1%; COD là 76%

4 Đã đề xuất phương án xử lý nước thải mỏ than phù hợp đối với mỏ than

Na Dương và khả năng có thể áp dụng cho các loại hình nước thải khai thác mỏ tương tự để giải quyết ô nhiễm môi trường do giảm thiểu nguồn nước thải phải xử

lý và đem lại lợi ích kinh tế cụ thể cho các mỏ than

5

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

1 Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và Phospho, NXB Khoa

Học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội, Hà Nội

2 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

3 Trần Đức Hạ (2002), Cơ sở hoá học quá trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản

Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội

4 Hoàng Huệ (1996), Xử lý nước thải, Nhà Xuất Bản Xây Dựng, Hà Nội

5 Phạm Luận (2004), Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ hấp thụ

quang phân tử UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội

6 Trần Văn Mô (1993), Kỹ thuật môi trường, NXB Xây Dựng Hà Nội, Hà Nội

7 Trần Hiếu Nhuệ(1978), Xử lý nước thải, NXB Khoa họckỹ thuật Hà Nội, Hà Nội

8 Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (1999), Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa

học Kỹ thuật, Hà Nội

9 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 trường

toàn quốc lần thứ IV, Bộ tài nguyên và Môi trường, Hà Nội, 29/09/2015 Website: môi trường việt.edu.vn

10 Lê Hoàng Việt và 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

6

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 G D, L.L.Barton(Ed) (1995), “Sulphate-Reducing-Bacteria”,

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.1331-1340

7

26 Menezes J C S S , R A Silva, I S.Arce (2010), “Production of a

poly-alumino-iron 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 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, 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

8