Nghiên cứu các điều kiện thích hợp để xử lý và tái sử dụng nước thải mỏ than Na Dương.

1 of 128.

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

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


2 of 128.

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:

1. TS. CÔNG TIẾN DŨNG
2. PGS.TS. ĐỖ QUANG TRUNG

Hà Nội – 2015

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


3 of 128.

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

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


4 of 128.

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


5 of 128.

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 lƣợng ngày càng lớn, kéo theo đó là
cả một số lƣợng lớn chất thải mỏ do khai thác trong đó đất đá thải và nƣớc thải mỏ
là các thành phần chính gây ô nhiễm môi trƣờng khu vực khai khoáng.
Tại Việt Nam quá trình khai thác than đã diễn ra nhiều năm, chất lƣợng môi
trƣờng ở một số vùng than trọng điểm nhƣ 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 trƣờng 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 nƣớc 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
trƣờng, ảnh hƣởng 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 lƣợng của các nguồn tài nguyên môi trƣờng.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm ra phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mỏ
than phù hợp để thu đƣợc nƣớc 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 nƣớc thải axit mỏ bằng điều chế dung dịch keo tụ phục vụ cho xử lý
nƣớc là giải pháp khoa học và kinh tế cho vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trƣờng .
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 lƣợng.

1

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


6 of 128.

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 nƣớc 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 đƣợc
tiếp xúc với chất oxy hóa và nƣớc, hoặc trong môi trƣờng 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
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 và sử dụng lƣu huỳnh làm chất dinh dƣỡng nhƣ chủng
 Do đó gây ra tính axit trong nƣớc thải mỏ.
Thiobacillus, Ferrooxidans, Sulfobaccillusan, thƣờng tồn tại trong môi trƣờng nƣớc
mỏ. Khi tham gia phản ứng chúng có tác dụng nhƣ chất xúc tác làm tăng cƣờng 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 nƣớc cục bộ. Để đảm bảo hoạt động của mỏ, ngƣời ta
phải thƣờng xuyên bơm tháo khô nƣớc ở đáy moong, hầm lò, hình thành các phễu
hạ thấp mực nƣớc dƣới đất với độ sâu mực nƣớc từ vài chục đến hàng trăm mét và
bán kính phễu hàng trăm mét. Điều đó dẫn đến tháo khô các công trình chứa nƣớc
trên mặt nhƣ hồ ao, xung quanh khu mỏ.

2

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


7 of 128.

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

3

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag

8 of 128.

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp chúng tôi thu đƣợc
kết quả chính nhƣ 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 nƣớc thải mỏ than Na Dƣơng.
Các điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý nƣớc 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. Nƣớc thải đầu ra sau quá trình xử lý đáp ứng đƣợc
quy chuẩn QCVN 40 (B): 2011/BTNMT đƣợc tái sử dụng cho sản xuất và các mục
đích khác.
2. Đã nghiên cứu tái sử dụng nƣớc 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 nƣớc 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 nƣớc thải mỏ than có khả năng xử lý nƣớc
thải có hàm lƣợng rắn lơ lửng, độ đục, hàm lƣợng chất hữu cơ, phốt pho hòa tan và
phốt pho tổng số cao.
3. Đã nghiên cứu thử nghiệm xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng 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 nhất đối với TSS là 70%; Độ đục đạt đƣợc 72%; PO43-là
65,3%; và P-tổng số là 73%. Tại liều lƣợng 0,5 mM (Fe, Al): Hiệu suất xử lý BOD
là 64,1%; COD là 76%.
4. Đã đề xuất phƣơng án xử lý nƣớc thải mỏ than phù hợp đối với mỏ than
Na Dƣơng và khả năng có thể áp dụng cho các loại hình nƣớc thải khai thác mỏ
tƣơng tự để giải quyết ô nhiễm môi trƣờng do giảm thiểu nguồn nƣớc thải phải xử
lý và đem lại lợi ích kinh tế cụ thể cho các mỏ than.

4

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


9 of 128.

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 trƣờng
toàn quốc lần thứ IV, Bộ tài nguyên và Môi trƣờng, Hà Nội, 29/09/2015.
Website: môi trƣờng 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
5

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


10 of 128.

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.

6

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


11 of 128.

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 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.

7

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag


12 of 128.

8

kho tai lieu -123doc-doc-luan an - luan an tien si -luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Pag