Luận văn nghiên cứu sự lắng đọng và phát tán một số kim loại nặng trong nước thải từ quá trình khai thác và làm giàu quặng thiếc tại xã châu thành, huyện quỳ hợp, tỉnh nghệ an

Luận Văn Thạc Sĩ
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Đồng
Kim Loan – Giảng viên Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý
báu cho em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Xin gửi lời tri ân nhất của
em đối với những điều quý báu cô dành cho em.
Để hoàn thành luận văn này em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình
trong quá trình phân tích thực nghiệm của các cán bộ phân tích tại Phòng Phân tích
chất lượng môi trường của Trung tâm Y tế dự phòng Nghệ An.
Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô Khoa Môi
trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên. Những người đã cho em những kiến
thức bổ ích, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã bên cạnh và giúp
đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn này.

Học viên cao học

Phạm Trường Sơn

MỤC LỤC


MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1


DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1


DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT

: Bộ tài nguyên môi trường

KLN

: Kim loại nặng

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

BYT

: Bộ Y tế

WHO

: Tổ chức y tế thê giới

QĐ

: Quyết định

HĐTLKS

: Hội đồng trữ lượng khoáng sản


MỞĐẦU
Công nghiệp khai khoáng vẫn được xem là một ngành công nghiệp mũi nhọn
đóng góp một phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất
nước ta. Tuy nhiên, trong quá trình khai thác khoáng sản nói chung và quặng thiếc
nói riêng đã gây ra rất nhiều tác động xấu tới môi trường cũng như người dân khu
vực xung quanh. Những tác động tiêu cực này đầu tiên phải kể đến việc phá rừng để
khai thác quặng và làm đường giao thông, tiếp theo đó là các hoạt động khai thác
gây ô nhiễm không khí và ô nhiễm môi trường nước trong đó có ô nhiễm KLN.
Hiện nay, việc khai thác quặng và hiện trạng ô nhiễm nước ở khu vực khai
thác, chế biến quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An đang
diễn ra hàng ngày với mức độ rất nghiêm trọng. Nhiều đơn vị khai thác quặng thiếc
tại các dãy núi cao ở các xã Châu Hồng, Châu Thành, Châu Quang, Châu Tiến
thường lén xả nước thải bùn từ trên núi xuồng tràn vào ruộng lúa, khu dân cư hoặc
tràn qua khe suối khiến cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng. Một số đơn vị
khai thác tuy có xây dựng các bể xử lý nhưng thực tế gần như các bể không được
hoạt động mà nước thải chủ yếu thải trực tiếp ra môi trường. Tại các khe đầu nguồn
nước luôn bị đục và có màu đen thẫm, trong đó hàm lượng asen khá cao do các đơn
vị khai thác đã sử dụng nước trong quá trình tuyển thô (sơ bộ). Thêm vào đó việc
« mót » quặng diễn ra ngay giữa dòng khe, người dân đào bới và đãi quặng trực tiếp
xuống khe khiến cho nguồn nước quanh năm đục ngầu, dòng chảy bị thay đổi, môi
trường bị ô nhiễm nghiêm trọng.
Bên cạnh việc khai thác khoáng sản (ở Việt Nam cũng như trên thế giới), con
người cũng đã quan tâm đến các biện pháp xử lý nhằm giảm sự phát thải các chất ô
nhiễm ra ngoài môi trường, mà đặc biệt là kim loại nặng. Tuy nhiên sự quan tâm xử
lý và quản lý chưa phải khi nào và ở đâu cũng đúng mực. Thêm nữa, sự quan tâm
hầu như cũng mới chỉ dừng lại ở tại các điểm phát thải, mà chưa chú ý nhiều đến sự

1


lan truyền và lắng đọng của các kim loại nặng trong quá trình vận chuyển vào các
nguồn tiếp nhận (môi trường đất, nước, không khí và sinh vật); cho nên cũng chưa
đưa ra được những lời cảnh báo, các biện pháp thật hữu hiệu và khoa học nhằm ngăn
chặn, làm giảm nhẹ, … các tác động do ô nhiễm đối với con người và hệ sinh thái
quanh khu vực khai thác mỏ.
Chính vì những mục đích như vậy mà đề tài luận văn “Nghiên cứu sự lắng
đọng và phát tán một số kim loại nặng trong nước thải từ quá trình khai thác và
làm giàu quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An” đã được
thực hiện với những mục tiêu chính sau:
• Đánh giá hiện trạng khai thác và chế biến quặng thiếc.
• Đánh giá mức độ lắng đọng và lan truyền của một số kim loại nặng bao gồm:
As, Zn, Pb, Mn,Fe, Hg, Sn, Cu tại khu vực khai thác mỏ thiếc tại xã Châu
Hồng, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An.
• Đề xuất các biện pháp giảm thiểu kim loại nặng và phương án xử lý ô nhiễm.

2


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình và hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc
1.1.1. Tình hình khai thác quặng thiếc [9]
• Trên thế giới
Thiếc (Sn) là một trong những kim loại đầu tiên mà loài người đã phát hiện
được. Việc sử dụng Sn làm hợp kim với đồng đã trải qua một thời kì lâu dài và quan
trọng trong thời đại đồ đồng. Đồng đen cổ nhất đã được tìm thấy ở Ơfrat
(Messopotania) vào 3500 – 3200 năm trước Công Nguyên. Vào khoảng 1800 – 1500

năm trước Công Nguyên, ở Trung Quốc đã sử dụng rộng rãi đồng đen. Trong thế kỷ
18, ở Anh (mỏ Coocmuon), nam Trung Quốc, Bolivin, Liên Xô đã khai thác thiếc
với quy mô lớn. Sản lượng thiếc khai thác trên thế giới từ năm 1940 đến năm 2006
được thống kê trong bảng 1.
Bảng 1. Sản lượng khai thác thiếc trên thế giới theo thời gian (nghìn tấn)
Năm

1940

Sản lượng 240

1957

1975

1991

2000

2005

2006

200

234.6

186.3

289

351.8

340

Năm 1940, thế giới khai thác được 240.000 tấn (trừ Liên Xô). Năm 1957, thế
giới sản xuất được 200.000 tấn (không kể Liên Xô và Trung Quốc). Liên Xô đã phát
hiện được nhiều vùng quặng thiếc rất lớn (Zabaical, tiểu Khingan, Xkhote – Albitin
và đặc biệt là trên lãnh thổ rộng lớn miền đông bắc).
• Ở Việt Nam [9]
Ở Việt Nam quặng thiếc có ở nhiều nơi, nhưng trữ lượng lớn nhất là 3 khu
vực chính: Cao Bằng, Sơn Dương và Quỳ Hợp. Theo kết quả tìm kiếm – thăm dò đã
xác định tài nguyên thiếc vào cỡ 80 nghìn tấn, trữ lượng công nghiệp 50 nghìn tấn,
trong đó trữ lượng ở các vùng quặng như sau:
- Tĩnh Túc (Cao Bằng): 15 nghìn tấn thiếc
- Sơn Dương (Tuyên Quang): 11 nghìn tấn thiếc
- Quỳ Hợp (Nghệ An): 23 nghìn tấn thiếc

3


Tổng sản lượng khai thác được thể hiện ở bảng 2.
Bảng 2. Sản lượng khai thác thiếc qua các thời kỳ như sau (tấn SnO2)
Năm
Sản
lượng

1850

1913

1937

1941

1945

1950

1955

1960

1966

1971

1981

1991

1995

84

127

196

244,5

87

164

170

137

166

185

243

197

250

Từ 1910 đến 1914 thực dân Pháp đã khai thác ở Pia Oac (Cao Bằng) được
3.247 tấn Sn kèm theo 137 kg Au. Từ năm 1950 đến năm 1956 khai thác thủ công
được 440 tấn SnO2; 1957 – 1980 sản lượng khai thác ở vùng Pia Oac đạt 9.901 tấn
SnO2 với mật độ trung bình 1305 g/m 3. Ở Tam Đảo đạt 3.500 tấn SnO 2 với mật độ
trung bình 1348 g/m 3. Trước năm 1988, sản lượng hàng năm chỉ đạt 600 tấn, năm
cao nhất 1000 tấn. Ở Sơn Dương khai thác từ 1965 đến 1984 được 4 nghìn tấn,
trung bình 210 tấn/năm. Ở Quỳ Hợp khai thác từ 1961 với qui mô nhỏ.
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc
• Trên thế giới [21,24]
Hiện nay, các khu mỏ khai thác và chế biến quặng thiếc trên thế giới đa số
đều đang ở trong tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. Ở những nước có mỏ thiếc và có

sản lượng khai thác thiếc lớn như Indonesia, Trung Quốc, Nga … hàm lượng kim
loại nặng có mặt trong nước đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
Một khu vực ô nhiễm là lưu vực sông Citarum ở Tây Java của Indonesia, nơi
9 triệu người sinh sống nhưng có tới 2.000 nhà máy. Dòng sông Citarum, vốn được
sử dụng để phục vụ các nhu cầu hàng ngày của người dân ở đây cũng như để cung
cấp nước tưới cho đồng ruộng, đã bị ô nhiêm bởi nhiều loại chất độc, trong đó có
nhôm và mangan. Kiểm tra mẫu nước uống ở đây cho thấy hàm lượng chì vượt quá
1.000 lần mức tiêu chuẩn của WHO (0,05 mg/L).[21]
Nhiều thập niên khai thác mỏ đa kim chì – thiếc bừa bãi ở thành phố Kabwe,
Zambia đã gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho người dân Kabwe, nơi hơn
300.000 người được cho là bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm. Năm 2006, lượng chì trong
máu trẻ em ở Kabwe được phát hiện cao gấp 5-10 lần mức được khuyến nghị.[24]

4


• Ở Việt Nam [3, 14]
Qua phân tích mẫu đất của một số khu vực khai thác mỏ thiếc đã nhận thấy
tất cả đều là những điểm nóng về ô nhiễm kim loại nặng (KLN), điển hình là mỏ
thiếc xã Hà Thượng, Thái Nguyên và mỏ thiếc Quỳ Hợp, Nghệ An.
Phân tích sơ bộ nhận thấy đất ở xung quanh 2 mỏ thiếc này đều bị nhiễm As
nghiêm trọng, trong đó tại mỏ thiếc Hà Thượng hàm lượng As trong đất gấp 17 –
308 lần tiêu chuẩn cho phép. Mỏ thiếc tại Quỳ Hợp ,tình trạng môi trường đất tại các
khu vực Châu Cường, Bản Poòng, Thung Lũng I, Khê Đổ, Châu Tiến,… (Quỳ HợpNghệ An) cũng đã gây hậu quả làm thu hẹp diện tích đất canh tác và làm giảm chất
lượng đất của nhân dân địa phương.[3]
Ở mỏ thiếc Quỳ Hợp, dòng thải của nhà máy được thải trực tiếp ra một con
suối nhỏ gần đó. Hàm lượng As trong chất thải rắn rất cao (355 mg/kg) so với hàm
lượng được coi là không ô nhiễm trên thế giới (5- 20mg/kg).[3]
Tại các mỏ thiếc, quặng đuôi thường chứa arsenopyrit (1-2%), chalcopyrit
(1%) và pyrit (10- 15%). Các khoáng vật sulfua này bị oxi hoá tạo ra dòng thải axit

mỏ và giàu kim loại. Sự lan toả của As và sự ôxy hoá các kim loại độc hại như Cu,
Cd từ các nguồn rỉ dòng thải axit mỏ qua các đống thải cũng không hề được chú ý.
Có nơi nước thải từ mỏ và xưởng tuyển được thải trực tiếp ra cánh đồng lúa với hàm
lượng As gấp 30 lần nước tự nhiên.[14]
Đa phần, các mỏ quặng thiếc đều là mỏ đa kim chứa các kim loại như: Fe,
Au, Ag, Cu, Ti, W, Mo, Zn, Pb, Ga, Ta, Nb, In … Khai thác thiếc ngoài những yếu
tố ảnh hưởng xấu đến môi trường như tạo bụi, tiếng ồn, đào bới, vùi lấp phá hoại
cảnh quan, nó còn ảnh hưởng rất xấu đến môi trường nước, thảm thực động vật và
sức khoẻ con người do trong quặng đa khoáng có chứa các nguyên tố rất độc hại như
asen, chì, molipđen… . Đặc biệt để phân kim vàng - một kim loại màu quý hiếm có
hầu hết trong quặng đa kim chứa thiếc, tại các khu khai thác, người ta đã sử dụng
phương pháp xianua, sản phẩm nước thải của phương pháp này ra môi trường có
thuỷ ngân, là một chất vô cùng độc hại và nguy hiểm, đã gây ra các vụ ô nhiễm,

5


nhiễm độc ở sông Cầu – Thái Nguyên, ở Bồng Miêu - Quảng Nam…[14]
1.2. Các kim loại nặng xuất hiện trong quá trình khai thác, chế biến quặng
thiếc và tác động đến môi trường
Như đã nói ở trên, đa phần các mỏ thiếc ở Việt Nam đều là các mỏ đa kim; do
đó, trong quá trình khai thác và chế biến quặng thiếc sẽ xuất hiện rất nhiều kim loại
nặng gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường và con người. Các kim loại nặng
thường xuyên xuất hiện ở mỏ thiếc bao gồm: Hg, Cu, Pb, Zn, Fe, Sn, Mn và As.
1.2.1. Asen [3,6,15]
Asen (As) là nguyên tố tồn tại có độc tính cao và thường xuất hiện trong môi
trường dưới dạng các anion trong các hợp chất.
Trong tự nhiên, asen tương đối phổ biến, hàm lượng asen trong vỏ trái đất ở
khoảng 2-10 mg/kg. Tuy nhiên, các trường hợp nhiễm độc asen chủ yếu là do asen
được thải ra bởi các hoạt động của con người. Các hoạt động thải asen ra môi trường

chủ yếu là: khai thác và chế biến quặng đa kim, than và dầu mỏ, sản xuất năng
lượng, sản xuất amiang, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, bảo quản và chế biến gỗ.
Khi bị nhiễm độc, asen làm cho đông tụ protein, tác dụng với nhóm chức –SH
của enzyme làm cho enzyme bị thụ động hóa, phá hủy quá trình photphat hóa tạo
ATP (Adenozin triphotphat). Asen ở dạng vô cơ gây ung thư biểu bì mô da và các
bệnh ngoài da. Asen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi hấp thu một lượng ≥ 0,1 mg/kg
cơ thể.[6]
Liều lượng asen tối đa mỗi ngày có thể chấp nhận được là 0,05 mg/kg thể
trọng. Khi tích lũy asen trong một thời gian dài sẽ gây ra các triệu chứng ngộ độc
mãn tính như mặt xám, tóc rụng, viêm dạ dày và ruột, đau mắt, tai…làm cho cơ thể
mệt mỏi và chết sau một thời gian ngắn.[15]
Nồng độ tối đa trong nước uống của WHO là 0,01mg/L, tiêu chuẩn cho phép
của asen trong nước sinh hoạt của nước ta là 0,01 mg/L.

6


1.2.2. Thủy ngân [16]
Thủy ngân (Hg) là kim loại duy nhất tồn tại ở thể lỏng ở nhiệt độ thường.
Thủy ngân được sử dụng nhiều trong lĩnh vực y tế như nha khoa hay chế tạo các
dụng cụ y tế. Tuy nhiên, nguồn thải thủy ngân ra môi trường nhiều nhất là hoạt động
luyện kim của các khu mỏ và khai thác các quặng mỏ đa kim có chứa quặng thủy
ngân.
Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó
là rất độc và là nguyên nhân gây ra các tổn thương não và gan khi con người tiếp
xúc, hít thở hay ăn phải. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học rất dễ dàng hấp thụ
qua da, các cơ quan hô hấp và tiêu hóa. Các hợp chất vô cơ ít độc hơn so với hợp
chất hữu cơ của thủy ngân. Cho dù ít độc hơn so với các hợp chất của nó nhưng thủy
ngân vẫn tạo ra sự ô nhiễm đáng kể đối với môi trường vì nó tạo ra các hợp chất hữu
cơ trong các cơ thể sinh vật.

Thủy ngân tấn công hệ thần kinh trung ương và hệ nội tiết và ảnh hưởng tới
miệng, các cơ quai hàm và răng.
Hàm lượng thủy ngân cho phép trong nước uống đóng chai là 6µg/L (QCVN
6-1:2010/BYT), trong nước ngầm là 1µg/L (QCVN 09:2008/BTNMT).
1.2.3. Đồng [6,15]
Đồng (Cu) là một nguyên tố vi lượng có mặt trong thực vật, động vật và con
người. Trong cơ thể người, đồng tập trung chủ yếu ở gan và là thành phần của một
số protein và enzyme. Hợp chất của đồng rất cần thiết cho quá trình tổng hợp
hemoglobin và photpholipit.
Nguồn thải chính của đồng trong công nghiệp là nước thải quá trình mạ và
nước thải quá trình rửa, ngâm bể chứa đồng. Ngoài ra, khai thác và tuyển quặng
cũng là một nguồn thải đồng ra môi trường, cá biệt ở các khu vực tuyển quặng nồng
độ đồng trong nguồn nước có thể lên đến 1000 mg/L.[6]
Đồng đặc biệt gây tính độc cao đối với hầu hết các động vật thủy sinh, chỉ với
nồng độ ≤ 0,1 mg/l đã gây ức chế sự phát triển của chúng. Đối với cá nước ngọt, khi

7


nồng độ đồng chỉ là 0,002 mg/l thì cũng đã làm cho cá chết. Đối với con người, khi
hàm lượng đồng là 10 g/l thì sẽ gây tử vong, ở nồng độ 60 – 100 mg/l sẽ gây chóng
mặt, buồn nôn. Tiếp xúc thường xuyên với đồng dẫn đến xơ gan, tổn thương não,
phá hủy thận …
Nồng độ cho phép của đồng trong nước sinh hoạt là 2 mg/l.[15]
1.2.4. Chì [6,15]
Chì (Pb) là kim loại có rất ít trong tự nhiên, hàm lượng chì rất nhỏ chỉ cỡ
0,001 – 0,02 mg/L. Ở trong nước, chì có thể tồn tại ở dạng phức tan hoặc các dạng
khó tan.
Nguồn thải chì ra môi trường là: khai thác quặng, tinh luyện chì, sản xuất pin
và acquy, sử dụng xăng pha chì, thuốc trừ sâu…Hàm lượng chì thải ra không khí

khoảng 330 tấn/năm, chì trong không khí có khích thước nhỏ (< 22 µm) nên chúng
có thể phân tán rất xa và gây tích tụ trong cơ thể sinh vật qua đường hô hấp hoặc
thức ăn.[6]
Chì và các hợp chất của chì rất độc, đặc biệt là với trẻ em do trẻ em có khả
năng hấp thụ cao hơn người lớn. Khi bị nhiễm độc chì sẽ gây ức chế một số enzym
quan trọng của quá trình tổng hợp máu gây quá trình cản trở quá trình tạo hồng cầu.
Khi hàm lượng chì trong máu đạt khoảng 0,3 ppm thì nó sẽ ngăn cản quá trình sử
dụng oxi để oxi hóa glucozo, tạo năng lượng cho quá trình sống. Ở nồng độ > 0,8
ppm chì gây bênh thiếu máu do thiếu sắc tố hồng cầu, phá hủy các chức năng của
thận và phân hủy tế bào não. Chì ở nồng độ thấp ngăn cản sự phát triển sinh lý và trí
tuệ của trẻ sơ sinh và trẻ em. Liều độc của chì axetat là 1 mg cà chì cacbonat là 2 – 4
mg đối với người lớn. Nồng độ cho phép tối đa của chì trong nước uống theo WHO
là 0,05 mg/L. Ở Việt Nam thì tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt là
0,05 mg/L.[15]
1.2.5. Kẽm [15,16]
Kẽm (Zn) là kim loại thường có mặt trong các quặng đa kim cùng với chì và
đồng và dễ thải ra môi trường trong quá trình khai thác về chế biến quặng.

8


Nguồn thải kẽm ra môi trường chủ yếu do các nguồn nước thải đưa vào đặc
biệt là nước thải của nhà máy luyện kim, công nghiệp hóa chất, các nhà máy sợi tổng
hợp và các khu khai thác và chế biến quặng mỏ đa kim.
Kẽm là nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sống. Nó tham gia vào thành phần
của khoảng 300 enzym. Kẽm và hợp chất của chúng khá ít độc tính, chúng ít ảnh
hưởng đến động vật đẳng nhiệt mà chủ yếu ảnh hưởng đến động vật biến nhiệt. Khi
cơ thể hấp thụ khoảng 150 mg kẽm một ngày sẽ ảnh hưởng đến chuyển hóa đồng và
sắt. Ở liều lượng 450 mg/ngày sẽ gây thiếu đồng và thiếu máu nguyên bào sắt. Khi
quá kiều kẽm gây giảm chức năng miễn dịch, buồn nôn, phát ban, mất nước và loét

dạ dày. Nếu cơ thể hấp thụ lượng kẽm từ 2 – 4 g sẽ gây tử vong sau 10 – 48 giây.
Nồng độ kẽm cho phép của kẽm trong nước sinh hoạt ở Việt Nam là 3 mg/l
1.2.6. Sắt [6,15]
Sắt (Fe) là nguyên tố được sử dụng từ xa xưa và có mặt nhiều thứ tư trên trái
đất. Hàm lượng sắt trong nước tự nhiên dao động trong khoảng 0,01 – 26,1 mg/l.
Ngoài ra phụ thuộc vào các yếu tố khác như pH hay sự có mặt của CO 2, O2, S2- và
các chất hữu cơ mà sắt tồn tại ở dạng phức có số oxy hóa +2 hoặc +3 có thể tan hoặc
kết tủa.
Sắt có vai trò quan trọng đối với cơ thể sống khi chúng liên kết ổn định bên
trong các protein kim loại nhưng ở dạng tự do thì chúng khá độc với tế bào. Sắt đóng
vai trò quan trọng trong những protein tham gia vào việc chuyên chở oxy như
hemoglobin và myglobin.[6]
Việc hấp thụ quá nhiều sắt sẽ gây ngộ độc, do chúng sẽ sản sinh các gốc tự do
gây độc. Với trẻ em 2 tuổi hấp thụ 1 – 3g sắt sẽ gây ngộ độc nguy hiểm, khi > 3g sẽ
gây chết. Đối với người lớn thì hàm lượng cho phép của sắt là 45 mg/ngày, trẻ em
dưới 14 tuổi là 40 mg/ngày.[25]
Giới hạn cho phép của sắt trong nước uống theo WHO là 0,1 mg/l. Đối với
nước sinh hoạt ở Việt Nam là 1 mg/l.

9


1.2.7. Thiếc [14]
Thiếc (Sn) là một kim loại màu trắng bạc, kết tinh cao, dễ uốn, dễ dát mỏng,
có màu ánh bạc, nhiệt độ nóng chảy thấp, rất khó bị oxy hóa. Thiếc thông thường
được khai thác và thu hồi từ quặng cassiterit, ở dạng Ôxít. Thiếc là một thành phần
chính tạo ra hợp kim đồng thiếc.
Thiếc là kim loại khá ít trong tự nhiên, thông thường trong các mỏ quặng thì
thiếc thường tồn tại chung với các kim loại khác tạo thành mỏ đa kim như Fe, Cu,
Mn… Nguồn thải chính của thiếc ra môi trường là các khu mỏ, nhà máy luyện kim

và chế biến quặng thiếc, các cơ sở xí nghiệp mạ hợp kim thiếc lên các vỏ đồ hộp…
Chưa có nhiều sự nghiên cứu về thiếc và oxit thiếc cũng như độ độc của
chúng nhưng thiếc cacbonat có độ độc ngang với cyanua. Trong điều kiện làm việc
tiếp xúc nhiều với thiếc thì thiếc sẽ xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua đường
hô hấp, tích trữ trong phổi và gây bệnh không báo trước. Sử dụng bình thiếc chứa
các loại chất lỏng như nước hay rượu sẽ làm cho các chất này nhiễm độc và gây ngộ
độc thiếc cấp tính cho người sử dụng và có thể gây chết trong thời gian ngắn.
Nồng độ cho phép của thiếc trong nước sinh hoạt ở Việt Nam là 0,2 mg/l.
1.2.8. Mangan [14]
Mangan (Mn) là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Ở dạng nguyên tố tự do,
mangan là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp, đặc biệt là thép
không gỉ.
Nguồn thải chính của mangan ra môi trường là các khu mỏ, các nhà máy
luyện kim, chế biến thép không gỉ, các hoạt động y tế, nhuộm màu cho gốm và thủy
tinh …
Mangan là kim loại tồn tại ở rất nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau, phổ biến
nhất là +2, +3, +4, +6 và +7 trong đó trạng thái oxy hóa +2 là trạng thái được sử
dụng trong các sinh vật sống cho chức năng cảm giác; các trạng thái khác đều là chất
độc đối với cơ thể con người. Mangan được hấp thụ vào cơ thể thông qua hô hấp sẽ
làm tổn thương phổi với các mức độ khác nhau như: ho, viêm phế quản cấp tính,

10


viêm cuống phổi, ù tai, run chân tay và tính dễ bị kích thích. Sự nhiễm độc mangan
cũng xuất hiện khi con người sử dụng nguồn nước ăn uống có nồng độ mangan cao
trong một thời gian dài. Nhiễm độc mangan từ nước uống làm giảm khả năng ngôn
ngữ, giảm trí nhớ, giảm khả năng vận dụng sự khéo léo của đôi tay và tốc độ chuyển
động của mắt.
Nồng độ cho phép của thiếc trong nước uống theo WHO là 0,1 mg/L. Ở Việt

Nam thì tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt là 0,1 mg/L.
1.3. Các đặc điểm về điều kiện tự nhiên [1,2]
a) Điều kiện về địa hình, địa mạo khu mỏ[2]
Khu mỏ thiếc gốc Suối Bắc, huyện Quỳ Hợp nằm trong vùng địa hình đồi núi
cao, đỉnh cao nhất >700m, đỉnh thấp nhất 450m, chênh cao 250m. Địa hình hướng
cao dần về phía tây diện tích nghiên cứu và thấp dần về phía đông. Thân quặng
thiếc gốc có đầu lộ vỉa phân bố theo đường đồng mức, độ cao 600m và cắm vào núi
cao với góc dốc 15÷ 20o. Địa hình dốc, mức độ chia cắt trung bình nên mỏ có điều
kiện thoát nước tốt.
Các hiện tượng địa chất động lực xẩy ra trong khu mỏ chủ yếu là các hiện
tượng phong hoá, bào mòn, mương xói, rãnh xói và một ít nơi có hiện tượng sạt lở
vách.
b) Điều kiện về khí tượng[1]
Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu sự tác động trực tiếp của gió
mùa Tây - Nam khô và nóng (từ tháng IV đến tháng VIII) và gió mùa Đông Bắc
lạnh, ẩm ướt (từ tháng IX đến tháng III năm sau).
• Nhiệt độ không khí
Tại khu vực nghiên cứu, từ tháng V đến tháng X, khí hậu nóng và ẩm, nhiệt độ
trung bình là 27,5oC. Từ tháng XI đến tháng IV năm sau, khí hậu lạnh với nhiệt độ
trung bình là 20,7oC. Nhiệt độ cao nhất 41,8oC và nhiệt độ thấp nhất xuống tới 5oC.
• Độ ẩm không khí

11


Độ ẩm trung bình của khu vực nghiên cứu từ năm 2006 đến năm 2010 là 82%.
• Nắng và bức xạ
Tổng số giờ nắng trung bình 5 năm từ 2006- 2010 đo được là 1526
giờ/năm. Chế độ nắng liên quan chặt chẽ tới chế độ bức xạ và tình trạng mây. Từ
tháng XII đến tháng IV bầu trời u ám nhiều mây nên số giờ nắng ít nhất trong

năm chỉ 72,6 giờ/tháng. Sang tháng V, trời ấm lên số giờ nắng tăng lên tới 193,3
giờ/tháng.
• Tốc độ gió và hướng gió
Tại hướng gió chủ đạo là Đông Bắc, Đông và hướng Tây Nam, mùa hè có
hướng gió chủ đạo là Đông Nam. Những yếu tố ảnh hưởng đến hướng gió là áp
suất và đặc điểm địa hình của khu vực. Tốc độ gió trung bình cả năm từ 1,6 m/s
- 2,7 m/s.
• Mưa
Mùa mưa thường xảy ra trong thời kỳ từ tháng VII đến tháng X. Lượng
mưa trung bình nhiều năm là 1455mm. Trong một năm, lượng mưa trung bình từ
13,3 mm đến 285,2 mm.
• Bốc hơi
Tổng lượng bốc hơi tháng lớn nhất thường rơi vào tháng V đên VII. Tháng có
tổng lượng bốc hơi nhỏ nhất là tháng I. Tổng lượng bốc hơi cả năm duy trì ở mức
trên dưới 861mm.
c) Điều kiện thủy văn và địa chất thuỷ văn[1]
- Đặc điểm thuỷ văn:
Gần khu mỏ có 2 suối chính là Suối Bắc và Suối Mai với hướng song song với
phương cấu trúc; Lòng suối rộng 3÷10 m, đá gốc lộ tốt. Mùa khô các suối thường ít
nước, mùa mưa lũ nước chảy xiết gây trở ngại cho điều tra địa chất.
- Đặc điểm nước mặt:
Trong khu vực khai thác có 2 mạng lưới khe suối. Các suối hầu hết có độ dài

12


ngắn (200- 600m), chiều rộng nhỏ (1÷3m), độ dốc khá lớn (30÷350). Suối Bắc chảy
qua phía nam thân quặng theo hướng tây bắc – đông nam. Lưu lượng suối đo được
là Qmax=30.7 L/s (11/7/2013); Qmin= 0,005 L/s.
Loại hình hóa học của nước suối: bicacbonat natri có độ khoáng hóa thấp

(0,33g/L-trạm TR.2) và pH= 6,8. Nước suối có thể dùng vào mục đích sinh hoạt và
tưới ruộng, không nên sử dụng vào mục đích ăn uống vì kết quả phân tích vi sinh
vật cho thấy lượng vi khuẩn gây bệnh vượt mức cho phép của Bộ Y tế ban hành [2].
Nhìn chung các suối ở khu vực khai thác đều có lưu lượng nhỏ và không ảnh
hưởng tới công tác tháo khô mỏ khi khai thác.
d) Đặc điểm quặng [1]
• Hình thái khoáng vật
Tại khu vực khai khoáng đã phát hiện nhiều mạch quặng gốc với tổ hợp
khoáng vật cassiterit – sulfur trong đó phổ biến là sulfur sắt, đồng, chì, kẽm. Hàm
lượng thiếc trong các mạch thay đổi 0,5 – 5.4%. Việc tồn tại khoáng vật sulfur trong
quặng thiếc sẽ gây giảm pH của môi trường nước xung quanh khu vực khai khoáng
do trong quá trình khai khoáng và làm phong hóa các khoáng sunfua dẫn đến hình
thành môi trường axit hóa và tăng nồng độ ion kim loại trong nước.
• Trữ lượng và tuổi thọ mỏ.
Theo quyết định số 846/QĐ-HĐTLKS ngày 16/3/2012 của hội đồng đánh
giá về việc phê duyệt trữ lượng quặng và kim loại thiếc thì trữ lượng mỏ thiếc gốc
suối Bắc, xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An như sau
Bảng 3 : Trữ lượng mỏ thiếc
Cấp
122
333

Trữ lượng (nghìn tấn)
Quặng
698
338

13

Kim loại Sn

2,02
0,981


Theo tính toán sơ bộ thì tuổi thọ của mỏ là T = 25 năm
• Công suất khai thác.
+ Tính theo quặng nguyên khai: 20.000 tấn/năm
+ Tinh quặng thiếc (Sn= 32,58%) trung bình 1năm: 120 tấn/năm
+ Công suất nhà máy tuyển: 25.000 tấn quặng/năm (hệ số không điều hòa K=1,25)
1.4. Các biện pháp giảm thiểu và xử lý ô nhiễm kim loại nặng[6]
Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại nặng như các
phương pháp hoá học, hoá lý hay sinh học. Song kim loại nặng thường là phát sinh
ra từ các nguồn nhất định do vậy cách tốt nhất là ta xử lý ngay tại nguồn gây ô
nhiễm. Tại các nhà máy mà nước thải có chứa hàm lượng kim loại nặng vượt quá
tiêu chuẩn cho phép thì có thể áp dụng các quá trình xử lý nhằm loại bỏ kim loại
nặng trước khi thải vào môi trường.
1.4.1. Phương pháp kết tủa hoá học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa chất đưa vào nước thải với
kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách khỏi
nước thải bằng phương pháp lắng. Phương pháp này bao gồm:
-

Tạo hydroxit của kim loại, khả năng kết tủa của nó sẽ phụ thuộc vào pH.

-

Tạo phức không tan hoặc ít tan với Cl-, CO32-, SO42-, S2-…

1.4.2. Phương pháp trao đổi ion
Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dung ionit là nhựa hữu cơ

tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion.
Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong cột Cationit và Anionit. Các vật liệu
nhựa này có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của các chất
trong dung dịch và cũng không làm biến mất hoặc hoà tan.
Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là tiến hành ở qui mô lớn và với nhiều
loại kim loại khác nhau. Tuy vậy lại tốn nhiều thời gian, tiến hành khá phức tạp do
phải hoàn nguyên vật liệu trao đổi, hiệu quả cũng không cao.
1.4.3. Phương pháp điện hoá
Tách kim loại bằng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim
loại nặng cho dòng điện 1 chiều chạy qua. Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa

14


hai điện cực kéo dài vào bình điện phân để tạo ra một điện trường định hướng, các
ion chuyển động trong điện trường này. Các cation chuyển dịch về catốt, các anion
chuyển dịch về anốt.
Ưu điểm của phương pháp này là nhanh tiện lợi hiệu quả xử lý cao, ít độc
nhưng lại quá tốn kém về điện năng.
1.4.4. Phương pháp oxy hoá - khử
Đây là một phương pháp thông dụng để xử lý nước thải có chứa kim loại
nặng khi mà phương pháp vi sinh không thể xử lý được. Nguyên tắc của phương
pháp là dựa trên sự chuyển từ dạng này sang dạng khác bằng sự có thêm electron
khử hoặc mất electron (oxy hoá) một cặp được tạo bởi một sự cho nhận electron
được gọi là hệ thống oxy hoá - khử.
1.4.5. Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo Ferit
Quá trình xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo ferit
là quá trình tinh thể hoá, tạo tinh thể Fe 3O4 từ FeSO4. Trong quá trình hình thành
tinh thể, các ion kim loại nặng có trong dung dịch cũng bị kéo vào, tham gia vào
mạng tinh thể ở vị trí các nút cation. Quá trình này được gọi là nội kết tủa.

Các ion kim loại tan trong dung dịch sẽ bị kéo vào mạng tinh thể. Sau phản
ứng lắng và lọc lấy nước trong.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành tinh thể chủ yếu là pH, nhiệt
độ, nồng độ các ion kim loại, bán kính các ion kim loại trong dung dịch.

15


CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài
2.1.1. Đôi tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của đề tài là các kim loại nặng có mặt trong
nguồn thải ra môi trường, xem xét mức độ tồn dư trong đất và lan truyền trong nước
của kim loại nặng.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
-

Khảo sát hiện trạng khai thác và làm giàu tại các xí nghiệp khai thác và

chế biến quặng thiếc xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An.
-

Xác định nguồn thải, tải lượng và đặc tính của nước thải cũng như mức

độ gây ô nhiễm của nguồn thải.
-

Quan trắc, lấy mẫu phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng

dọc theo tuyến thải, từ đó xác định nguyên nhân và con đường gây lắng đọng, ô

nhiễm kim loại nặng.
-

Đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý ô nhiễm kim loại nặng cho khu

vực khảo sát.
2.1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là toàn bộ tuyến thải của cơ sở khai thác và
chế biến quặng thiếc tại xã Châu Thành, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An từ khu khai
thác, làm giàu và dòng thải lỏng – rắn đến cửa sông Con.
2.2. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
2.2.1. Phương pháp thu thập thông tin
Đây là một trong những phương pháp cơ bản được thực hiện trong quá trình
nghiên cứu. Các số liệu về ô nhiễm và chất lượng môi trường sau qua trình khai
khoáng và quy trình hoạt động khai khoáng, làm giàu của cơ sở khai khoáng đều đã
được tiến hành khảo sát và nghiên cứu rất nhiều lần trong các năm qua. Việc thu
thập các thông tin này sẽ giảm bớt thời gian cũng như kinh phí thực hiện đề tài. Mặt
khác, việc tổng quan tài liệu cũng cung cấp thêm những hiểu biết về từng KLN

16


trong quá trình nghiên cứu; Hiểu tốt hơn biện pháp xử lý, giảm thiểu, các phương
pháp phân tích để từ đó có thể chọn được chương trình quan trắc và giảm thiểu phù
hợp nhất.
2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
Điều tra, khảo sát hiện trạng khai thác và chế biến tại địa phương nghiên cứu
là yêu cầu tiên quyết để có thể xây dựng được một chương trình quan trắc phù hợp.
Nội dung chính trong phần này bao gồm:
-

Khảo sát toàn bộ hoạt động khai khoáng, làm giàu, xử lý nước, khí và
chất rắn của cơ sở khai khoáng.

-

Khảo sát toàn bộ tuyến thải để chọn vị trí thu mẫu hợp lý.

-

Chụp ảnh tư liệu, phỏng vấn và điều tra nhanh đối với người dân và cán
bộ cơ sở sản xuất cũng như địa phương.

2.2.3. Các phương pháp quan trắc và phân tích KLN [15]
Có rất nhiều phương pháp phân tích kim loại nặng có thể dùng để xác định
hàm lượng KLN trong đất và nước, 2 nhóm phương pháp thường được dùng nhất là
phương pháp hóa học (PP cổ điển) và phương pháp hóa lý (PP công cụ).
•

Phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học được sử dụng nhiều nhất là phương pháp thể tích
và phương pháp trọng lượng.
• Phương pháp thể tích
Là phương pháp cổ điển phân tích định lượng dựa trên việc đo thể tích dung
dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng để phản ứng vừa đủ với kim loại
nặng có mặt trong mẫu.
• Phương pháp trọng lượng
Là phương pháp phân tích trọng lượng dựa vào việc cân khối lượng sản
phẩm được tách bằng phản ứng kết tủa để từ đó xác định được hàm lượng kim loại

nặng có mặt trong mẫu.
Nói chung, phương pháp phân tích trọng lượng là phương pháp có phạm vi

17


ứng dụng rộng rãi, xác định được nhiều chất khác nhau tuy nhiên việc phân tích kim
loại nặng bằng phương pháp này tốn rất nhiều thời gian, hơn nữa đối với các kim
loại nặng có nồng độ thấp thì phương pháp này cho kết quả kém chính xác.
• Các phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý hiện đang được sử dụng nhiều là: phương pháp
quang, phương pháp điện hóa và phương pháp tách/ sắc ký
• Phương pháp quang
Các phương pháp quang được sử dụng để phân tích kim loại nặng thường
là trắc quang, AAS, AES, AES – MS, AAS – MS. Đặc điểm chung của các
phương pháp quang là thực hiện nhanh, thuận lợi, độ nhạy, độ chính xác cao có
thể phát hiện các nguyên tố vết từ 10 -6 mol/L đến 10 -12 mol/L; tuy nhiên việc sử
dụng các máy móc trong phân tích quang đòi hỏi người thực hiện có chuyên môn
cao, hơn nữa giá thành cao cũng là một hạn chế trong việc sử dụng rộng rãi các
phương pháp quang.
• Phương pháp điện hóa
Các phương pháp điện hóa được sử dụng để phân tích kim loại nặng bao
gồm: phương pháp cực phổ dòng một chiều, phương pháp von – ampe hòa tan,
ngoài ra còn phương pháp von – ampe hòa tan xung vi phân (DP – ASV). Tương tự
như phương pháp quang, phương pháp điện hóa có thể xác định được nhiều kim
loại nặng, độ chính xác lên đến 10 -9 mol/L. Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp
này cũng gặp nhiều hạn chế do giá thành phân tích cao, quy trình phân tích đỏi hỏi
nhiều kinh nghiệm để tránh sai số trong quá trình phân tích.
• Phương pháp tách / sắc ký
Các phương pháp trao đổi, chiết (phức cơ – kim), sắc ký trao đổi ion đều là

những phương pháp thuộc dòng phương pháp tách / sắc ký. Phương pháp này có giá
thành dụng cụ thấp hơn tuy nhiên độ chính xác không bằng 2 phương pháp trên
(tầm 0,01 mmol/L), hơn nữa, quy trình phân tích cũng đòi hỏi nhiều công đoạn.

18


2.2.4. Phương pháp lấy và bảo quản mẫu
Đây là phương pháp bắt buộc phải có và phải thực hiện một cách nghiêm túc
trong quá trình làm đề tài, việc lấy mẫu và phân tích mẫu sẽ cho ra các kết quả trực
quan phản ánh chất lượng môi trường ở khu vực nghiên cứu. Hạn chế việc xảy ra
sai sót trong quá trình này nếu không sẽ ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.
 Quy trình lấy mẫu
-

Mẫu sẽ được lấy dọc theo tuyến thải của cơ sở khai thác quặng thiếc.

-

Do toàn bộ tuyến thải dài khoảng 5km và có các đoạn uốn lượn, gấp khúc nên

các vị trí lấy mẫu được chọn theo hình 1 và bảng 3 trên cơ sở các đặc điểm của
dòng thải. Mẫu được lấy bắt đầu từ điểm xả thải đầu tiên (sau hệ thống xử lý) cho
đên chân cầu Nậm Tôn khi nước thải từ suối chảy vào sông Con.
-

Mực nước tại các vị trí lấy mẫu khá nông (43 cm – 66 cm) nên việc lấy mẫu chỉ

cần thực hiện trực tiếp ở độ sâu ~ 20cm.
-

Sử dụng chai nhựa PE để thu mẫu nước. Để thu mẫu trầm tích nghiên cứu thì sử

dung bộ dụng cụ lấy mẫu trầm tích nhãn hiệu “Wildconsin hand corer” tiến hành
lấy mẫu bùn ở tầng mặt ngay tại các vị trí lấy mẫu nước. Đặt dụng cụ vào đáy trầm
tích và móc giữ phần đầu vào máy. Sau đó cuộn và kéo tự do để thu hồi mẫu. Ngay
khi ống được kéo lên, van rung sẽ bịt kín đáy của ống lấy mẫu. Ống này nằm dọc
theo đáy và dài từ 50-75 cm dưới nước.
 Vị trí lấy mẫu
2 loại mẫu nước và trầm tích được thu ở các vị trí như sau
• Điểm xả thải đầu tiên sau quá trình khai thác, chế biến và xử lý của cơ
sở sản xuất.
• Các mẫu tiếp theo được lấy dọc theo Suối Bắc ra đến cửa sông Con để
xác định mức độ lan truyền và lắng đọng KLN.

19


Bảng 4 : Địa điểm các vị trí lấy mẫu
TT

Địa điểm lấy mẫu

Ký hiệu

T1

Điểm xả thải đầu tiên ra môi trường

N1, Đ1

T2

Cách điểm xả 100m

N2, Đ2

T3

Cách điểm xả 500m

N3, Đ3

T4

Cách điểm xả 1000m

N4, Đ4

T5

Cách điểm xả 2000m

N5, Đ5

T6

Cách điểm xả 3000m

N6, Đ6

T7

Chân cầu Nậm Tôn, cửa ra sông Con

N7, Đ7

 Bảo quản mẫu
-

Mẫu nước sau khi lấy được tiến hành lọc ngay tại nơi thu mẫu và tiến hành bảo

quản mẫu theo TCVN 6663 – 3 :2008
Cụ thể là thêm 2ml HNO3 đặc/L(đưa pH < 2) đối với các kim loại Cu, Pb, Zn, Fe,
Mn và As. Thêm 1ml HNO3 và 1mg K2Cr2O7 trên 1L nước đối với Hg. Riêng Sn sẽ
được bảo quản bằng cách thêm 2ml HCl (đưa pH < 2) để tiến hành phân tích thiếc
tổng số.
-

Các mẫu nước sau khi được lọc và bảo quản thì cho vào hộp có chứa đá lạnh để

hạn chế sai số trong quá trình phân tích. Giữa các bình chứa mẫu có một lớp xốp
mỏng để ngăn cản sự va đập gây vỡ bình trong quá trình vận chuyển về phòng thí
nghiệm. Tại phòng thí nghiệm trước khi phân tích thì tiến hành bảo quản mẫu ở t 0 ≤
40C. Thời gian tồn lưu mẫu tối đa là 1 tháng.
-

Mẫu đất/trầm tích được cho vào các túi nhựa PE và được phân tích tại Phòng

phân tích chất lượng môi trường, Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Nghệ An.

Vị trí lấy mẫu được thể hiện trong sơ đồ dưới đây :

20