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


: 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

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


1937

1941

1945

1950

1955

1960

1966

1971

1981

1991

1995

84

127

196

244,5

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

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.

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

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

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

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

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


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

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.
-


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


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

20