Luận văn Thạc sĩ Khoa học: 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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.4 MB, 73 trang )
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.
Hà Nôi, tháng 12 năm 2013
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
MỞ ĐẦU
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
1
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 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
1957
1975
1991
2000
2005
2006
S ả n
240
200
234.6
186.3
289
351.8
340
lượng
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]
3
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
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/m3. Ở Tam Đảo đạt 3.500 tấn SnO2 với
mật độ trung bình 1348 g/m3. 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
4
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 510 lần mức
được khuyến nghị.[24]
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 Hợp Nghệ 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 (12%), 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
5
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, 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 210 mg/kg. Tuy nhiên, các trường hợp nhiễm độc asen chủ yếu là do
6
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.
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
7
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 61:2010/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 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.
8
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.
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
9
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 CO2, 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.
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.
10
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, 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
11
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.
12
Độ ẩm không khí
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:
13
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 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/Ltrạm 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.
14
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/QĐHĐTLKS 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 lượ ng m ỏ thi ếc
Cấp
122
333
Trữ lượ ng (nghìn tấn)
Quặng
698
338
15
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.
16
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 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 Fe3O4 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.
17
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.
18
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.
19
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 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
20
