ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU SỰ LẮNG ĐỌNG VÀ LAN TRUYỀN MỘT
SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI TỪ QUÁ
TRÌNH KHAI THÁC VÀ LÀM GIÀU QUẶNG THIẾC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU SỰ LẮNG ĐỌNG VÀ LAN TRUYỀN MỘT
SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI TỪ QUÁ
TRÌNH KHAI THÁC VÀ LÀM GIÀU QUẶNG THIẾC
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐỒNG KIM LOAN

2.2.5. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.....................................................................

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN................
3.1. Kết quả điều tra, khảo sát hoạt động khai khoảng của mỏ thiếc Quỳ
Hợp.

....................................................................................................................

3.1.1. Hiện trạng khai thác quặng Sn tại khu vực mỏ ...................................................
3.1.2. Hiện trạng ô nhiễm và biện pháp xử lý của cơ sở khai khoáng...........................
3.2.

Kết quả quan trắc và phân tích kim loại nặng..............................................

3.2.1. Hàm lượng các kim loại nặng có trong nước......................................................
3.2.2. Hàm lượng các kim loại nặng có trong đất trầm tích...........................................
3.2.3. Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến sự lan truyền và lắng đọng KLN...........


3.3. Đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý KLN.....................................................
3.3.1. Giải pháp quản lý kim loại nặng...........................................................................
3.3.2. Giải pháp xử lý kim loại nặng..............................................................................
3.3.3. Dự toán chi phí cho giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường....................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU
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

200

1975
234.6

1991
186.3

2000
289

2005
351.8

2006
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]
Bảng 2. Sản lượng khai thác thiếc qua các thời kỳ như sau (tấn SnO2)
Năm

1850

1913

196

244,5

87

164

170

137

166

185

243

197

250

1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm do khai thác và chế biến quặng thiếc
• Trên thế giới [21,24]
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. 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).
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

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÷ 20 o. Địa hình dốc, mức độ chia cắt trung
bình nên mỏ có điều kiện thoát nước tốt.
b) Điều kiện về khí tượng
• 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 41,8 oC và nhiệt độ thấp nhất
xuống tới 5oC.
• 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

1.4. Các biện pháp giảm thiểu và xử lý ô nhiễm kim loại nặng[6]
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
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.
1.4.3. Phương pháp điện hoá


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.
1.4.4. Phương pháp oxy hoá - khử
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.

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

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.
2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
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]
Phương pháp hóa học
• 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.




-

Đối với kim loại nặng trong mẫu nước: Sau khi bảo quản thì tiến hành

-

phân tích trực tiếp.
Đối với kim loại nặng trong mẫu trầm tích cần phải tiến hành phá mẫu
trước khi phân tích.

Trong nghiên cứu này lựa chọn phương pháp phân tích AAS để tiến hành
phân tích hàm lượng kim loại nặng do phương pháp này có độ chính xác cao, có
khả năng phân tích được nhiều kim loại nặng khác nhau và giá cả tương đối phù
hợp cho phân tích hàng loạt. Đối với quy trình phá mẫu đã sử dụng phương pháp
của USEPA 3015 (SMEWW 3030 K) với lò vi sóng UNI 8300 – Analytical. Đây
là phương pháp xử lý mẫu hiện đại, làm giảm đáng kể thời gian xử lý mẫu,
không bị mất mẫu và phá đươc triệt để. Có thể cùng một lúc xử lý được nhiều
mẫu.
2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu
Sau khi tiến hành phân tích và thu kết quả. Xử lý số liệu phân tích bằng
phần mềm Excel và Word. Hiệu chỉnh số liệu một cách hợp lý, trình bày số liệu
dưới dạng bảng biểu để dễ dàng theo dõi.


CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hàm lượng các kim loại nặng có trong nước.
Bảng 11 : Hàm lượng kim loại nặng trong nước
Thông số


B1

B2

As

mg/l

0,721

0,665

0,430

0,212

0,132

0,099

0,077

0,05

0,1

0,01

0,02


0,001

0,002

Cu

mg/l

0,84

0,63

0,44

0,26

0,19

0,15

0,1

2

2

0,1

0,2


0,05

0,05

Zn

mg/l

10,52

9,67

8,1

6,03

4,87

3,81

3,22

3

3

0,5

1


1,5

2

Sn

mg/l

2,68

2,14

1,83

1,41

0,97

0,65

0,33

0,2

1

-

-


-

-


Từ kết quả phân tích dễ dàng nhận thấy ngay tại điểm xả thải đầu tiên ra môi
trường thì hàm lượng của gần như tất cả các kim loại nặng đều cao hơn rất nhiều so
với QCVN 40 :2011/BNTMT (chỉ trừ Cu, Hg, Mn). Cụ thể As cao hơn 7,2 lần, Pb
cao hơn 1,7 lần, Zn cao hơn 3,5 lần, Fe cao hơn 31,2 lần. Sn cao hơn 2,68 lần. Rõ
ràng chất lượng nước thải không đảm bảo để thải ra môi trường nước xung quanh.
- So sánh với cột B2 của QCVN 08 :2008/BTNMT, nhận thấy chỉ từ Cu nằm
trong giới hạn cho phép thì tất cả các KLN khác đều cao hơn tiêu chuẩn về chất
lượng nước mặt, vì vậy chất lượng nước tại điểm T 1 không thể dùng cho mục đích
cấp nước sinh hoạt hay tưới tiêu thủy lợi.
- Tại điểm T2, cách điểm xả thải 100m có sự thay đổi về nồng độ kim loại
nặng. Cụ thể là hàm lượng các KLN đều giảm hơn so với điểm T 1 nhưng so sánh
với QCVN 08 :2008/BTNMT thì tất cả các KLN vẫn cao hơn tiêu chuẩn cho phép.
- Nguyên nhân của việc giảm nồng độ KLN chủ yếu là do nước trên thượng
nguồn chảy xuống, quá trình tự làm sạch của nước và một phần do quá trình lắng
đọng của KLN xuống trầm tích.
- Nồng độ KLN tiếp tục giảm xuống nhưng vẫn vượt mức cho phép, đặc biệt
so với cột B2 những KLN như As vượt mức 4,3 lần, Pb vượt mức 12,4 lần, Fe vượt
mức ~50 lần. Đến khoảng cách 500m so với điểm xả thải chỉ có Cu là KLN duy
nhất nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Hiện tại, nước ở khu vực này vẫn chưa thể
dùng cho mục đích sinh hoạt. Cần phải có những biện pháp cụ thể để làm giảm bớt
nồng độ KLN trong nước.
- Tại điểm T4 là khu vực bắt đầu có sự sinh sống của người dân. Hiện tại
điểm T4, nồng độ Hg đã gần đạt đến mức chấp nhận được nhưng các KLN còn lại
vẫn cao hơn tiêu chuẩn cho phép.
- Quá trình lan truyền KLN diễn ra nhưng nồng độ KLN vẫn cao nguyên

chuẩn cho phép.


3.2. Hàm lượng các kim loại nặng có trong đất trầm tích.
Bảng 12 : Hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích
Hàm lượng KLN trong trầm tích

QCVN 43:2012/BTNMT

Thông
số

Đơn vị (theo
khối lượng khô)

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

As


mg/kg

72,3

68,6

58,7

45,9

Pb

mg/kg

119,8

106,5

122,6

Zn

mg/kg

3246,5

2134,6

Fe


0,5

0,7

27,8

20,6

12,7

197

108

139,8

56,5

32,7

21,0

91,3

112

1134,6

224,5


22,7

18,9

16,3

11,3

10,2

-

-

8,24

7,16

5,93

4,12

3,88

3,67

3,08

-

hàm lượng đến tiêu chuẩn cho phép, Tại đây thì hàm lượng Cu, Pb, Zn đã nằm trong
tiêu chuẩn cho phép. As cao hơn 3,2 lần, Hg cao hơn 12,6 lần.
- Tại điểm T6 cách điểm xả thải 3000m so với QCVN 43 :2012 thì hàm lượng
As và Hg vẫn cao hơn tiêu chuẩn cho phép. As cao hơn 2,7 lần, Hg cao hơn 11,2
lần. Còn các KLN khác đã nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng Fe vẫn ở
mức cao là 8,7 g/kg.
- Tại điểm T7, đây là điểm cuối cùng trên tuyến thải của cơ sở khai
khoáng,khoảng cách điểm xả thải là 5000m nhưng hàm lượng As và Hg trong trầm
tích vẫn vượt quá tiêu chuẩn cho phép. As cao hơn 2,5 lần, Hg cao hơn 10,4 lần.
3.3.

Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến sự lan truyền và lắng đọng KLN
Quá trình lan truyền và lắng đọng của KLN trên toàn bộ tuyến thải chịu

rất nhiều sự ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên như địa chất, thủy văn…
+ Ảnh hưởng của địa hình, địa chất, thủy văn.
Địa hình chính của khu mỏ cũng như toàn bộ tuyến thải là địa hình đồi
núi, có xu hướng dốc, thấp dần về phía hạ lưu sông, cao dần về phía thượng lưu,
chênh nhau 250m. Ngoài ra mức độ chia cắt trung bình nên khả năng thoát nước
tương đối tốt, do đó các KLN trong nước sẽ có khả năng lan truyền xa hơn.
Ngoài ra, do đặc điểm của hệ thống tuyến thải là chiều rộng nhỏ (1÷3m),
độ dốc khá lớn (30÷350), lưu lượng nước cao (30,7 L/s) nên khả năng lan truyền
KLN trên tuyến thải cũng khá lớn. Hơn nữa, địa hình lòng suối không đồng đều, các
KLN có mặt trong tuyến thải dễ dàng lắng đọng tại các điểm gấp, khúc ngoặt hay
các điểm trũng của lòng suối.
Thành phần quặng thô tại khu mỏ chứa một lượng lớn sunfua của sắt,
đồng, chì, kẽm nên trong quá trình khai thác thải ra môt lượng lớn suafua của các


kim loại này dẫn đến việc làm giảm pH xung quanh khu vực khai thác cũng như nội

nước thải
3.4.1.2. Cải tạo khu vực hồ lắng chứa bùn thải
Đầu tiên, đối với hồ lắng chứa bùn thải phải tiến hành xây dựng lớp chống
thấm bề mặt nhằm hạn chế kim loại nặng thấm xuống nước ngầm. Sau đó sẽ tiến
hành xây nâng cao mức độ an toàn cho hồ chứa bằng cách nâng cao và gia cố bờ
xung quanh hồ chứa tránh trường hợp rạn nứt, vỡ bờ gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Các giải pháp cải tạo gồm :
+ Cố định và chống thấm lớp bùn thải
+ Giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho hồ chứa bùn thải
3.4.1.3. Hạn chế nước mưa chảy tràn
Các biện pháp sau có thể sử dụng :
- Cải tạo hệ thống ránh thoát nước dọc hai bên tuyến đường nội mỏ (22
km) đảm bảo thoát nước tốt cho khu mỏ.
- Trồng cây xung quanh khu khai thác giảm khả năng rửa trôi của đất.
Theo tính toán sơ bộ nếu mỗi cây cách nhau 3m thì cần số lương cây trồng là 1467
cây
- Ngoài ra, có thế tiến hành rải đất và làm giảm độ dốc của đất, giảm khả
năng rửa trôi trên diện rộng.
3.4.1.4. Các giải pháp phòng ngừa rủi ro
+ Xây dựng kè đá khu bùn thải giáp với hồ chứa, phía trong lớp kè tiếp
giáp với hồ chứa có sử dụng lớp màng chống thấm Bentonite và lớp đất sét dày
0,3m có hệ số thấm là 0,01 m/ngày.đêm.
+ Cải tạo lại hồ chứa nước thải tại khu vực hạ lưu của đập, phòng tránh sự
cố rủi ro do nước thải bị thấm từ hệ thống hồ chứa bùn thải khi xảy ra mưa lũ. Sử


dụng vôi và sôđa (Na2CO3) để trung hòa khi có sự cố xảy ra. Thiết kế hệ
thống cánh ngăn để dự phòng trong trường xấu nhất thì chặn lại nguồn nước thải
trong hồ chứa nước.
+ Tiến hành quan trắc môi trường đối với chất lượng nước mặt tại hồ chứa,

+ Khối lượng đất: 500.000 m3
b. Chi phí để vận chuyển đất ra bãi thải là 26.174.586 đồng
+ Chi phí trồng cây trên khu vực bãi thải.
Diện tích trồng cây 1ha
c. Chi phí trồng cây là 11.271.892 đồng
d. Chi phí cải tạo hồ lắng : 113.457.224 đồng
e. Chi phí cải tạo hệ thống rãnh thoát nước : 8.278.134 đồng