Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của ngành khai thác Than - Khoáng sản, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã đề nghị và được Bộ Công Thương giao chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano sắt để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao”.
Mục tiêu của đề tài nhằm xác định tính khả thi của việc ứng dụng các chế phẩn nano sắt xử lý nguồn thải có hàm lượng kim loại nặng cao trong ngành khai thác Than - Khoáng sản.
Đối với ngành khai khoáng của Việt Nam, nguồn phát sinh nước thải công nghiệp là một trong những yếu tố gây ô nhiễm chính. Hàng năm các mỏ khai thác than vùng Quảng Ninh xả thải ra môi trường khoảng trên 100 triệu m3 nước thải. Nước thải từ quá trình khai thác và chế biến (tuyển khoáng, luyện kim) thường bị ô nhiễm bởi độ pH, hàm lượng cặn lơ lửng cao và đặc biệt có hàm lượng các kim loại nặng vượt tiêu chuẩn xả thải cho phép (Fe, Mn, Cu, Pb…). Hiện tại các mỏ than và chế biến khoáng sản của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam cơ bản đã có hệ thống xử lý nước thải mỏ.
Công nghệ xử lý nước thải chủ yếu áp dụng phương pháp trung hòa bằng sữa vôi, lắng cặn lơ lửng và kết hợp bể lọc cát để khử các kim loại còn dư trong nước trước khi xả thải ra môi trường. Hiện nay công nghệ xử lý trên đã đáp ứng được yêu cầu của chất lượng nước xả thải sau xử lý. Tuy nhiên, đối với những nguồn thải có hàm lượng kim loại nặng cao (chủ yếu từ các nhà máy tuyển khoáng, nhà máy luyện kim) việc xử lý tiêu tốn nhiều hóa chất và quy trình xử lý phức tạp cần chia thành nhiều bậc (tăng dần độ pH để khử các kim loại nặng, hạ độ pH bằng axít để đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải). Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại cao nhằm cải tiến quy trình xử lý nước và giảm chi phí vận hành và là nhiệm vụ cấp thiết trong ngành khai thác Than – Khoáng sản.
Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại cao nhằm cải tiến quy trình xử lý nước và giảm chi phí vận hành là một trong những nhiệm vụ cấp thiết trong ngành khai thác Than – Khoáng sản hiện nay. Ở Việt Nam những năm vừa qua, công nghệ nano đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày một phổ biến, đây là hướng công nghệ phát triển mới, hứa hẹn sẽ là xu hương phát triển của công nghệ trong tương lai.
Ảnh: Hệ thống xử lý nước thải cửa lò +38.I và cửa lò giếng +40 - mỏ than Dương Huy
Đến nay, TS. Lê Bình Dương - chủ nhiệm đề tài, cùng các cộng sự đã hoàn thành đầy đủ các nội dung như đã đăng ký trong thuyết minh đề tài được duyệt và hợp đồng nghiên cứu khoa học công nghệ đã ký kết, có thể liệt kê những nội dung chính sau đây:
1.Đề tài đã tiến hành đánh giá, tổng hợp thực trạng xử lý nước thải mỏ của ngành công nghiệp khai khoáng tại Việt Nam. Nhận diện được các nguồn thải có hàm lượng kim loại nặng (đối với nước thải từ hoạt động khai thác than là Fe, Mn; đối với nước thải từ hoạt động chế biến khoáng sản là Fe. Mn, Cu, Pb). Phân tích công nghệ xử lý nước thải hiện tại nhận thấy: quy trình xử lý nước thải từ hoạt động chế biến khoáng sản hiện nay tiêu tốn nhiều hóa chất và vận hành phức tạp, chi phí cao. Do đó cần định hướng thay đổi công nghệ theo hướng sử dụng vật liệu mới để xử lý triệt để các kim loại nặng, giảm chi phí hóa chất xử lý nước thải.
2.Đã nêu được tổng quan về ứng dụng công nghệ nano trong nước và ngoài nước, đặc biệt là công nghệ nano trong xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao. Từ đó góp phần quan trong cho việc nghiên cứu đề xuất ứng dụng công nghệ nano để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao trong ngành công nghiệp khai khoáng tại Việt Nam.
3.Đề tài đã nghiên cứu các chế phẩm nano ứng dụng để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao là:
- Công nghệ NanoVAST (tổ hợp vật liệu giữa oxit sắt từ kích thước nano với carbon hoạt tính trên nền montmorillonite (NC-F20) và vật liệu xúc tác oxy hóa hấp phụ nanocomposite oxit phức hợp Mn-Fe (NC-MF)) có khả năng hấp phụ cả hai dạng As(III) và As(V) và các ion khác như Cu, Pb, Hg, Cr, tốc độ hấp phụ tương đối cao (20 phút tiếp xúc).
- Chế phẩm tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu nano sắt (NZVI) để xử lý nước bị ô nhiễm BOD, COD, Ni tơ, Phốt pho, các kim loại nặng như: Chì, asen, crom, đồng, sắt v.v... Sau khi phân tích các đặc điểm và quy trình xử lý nước thải của chế phẩm NanoVAST và chế phẩm tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu nano sắt (NZVI), đề tài lựa chọn chế phẩm tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu nano sắt (NZVI) để áp dụng xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao trong công nghiệp khai khoáng tại Việt Nam hiện nay.
4.Đề tài đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng (pH, hàm lượng nano sắt, thời gian phản ứng) đến khả năng xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao (Fe, Mn, Cu, Pb) trên các mẫu đơn lẻ, các mẫu tổ hợp và các mẫu nước thải thực tế của ngành công nghiệp khai thác khoáng sản tại Việt Nam. Kết quả cho thấy, với pH = 7&pide;7,5, thời gian phản ứng khoảng 10 phút, hàm lượng nano sắt 0,01 ml/ lít nước thải, thì khả năng xử lý các kim loại Fe, Cu, Pb đạt trên 90%, hàm lượng các kim loại sau xử lý đều đạt QCVN 40:2011 - BTNMT (B). Tuy nhiên, khả năng xử lý Mn đạt tối đa 40 %, phần lớn các mẫu có hàm lượng Mn sau xử lý không đạt QCVN 40:2011 - BTNMT (B). Với pH = 8,5 khả năng xử lý Mn đạt 80 %, với các mẫu đầu vào lượng Mn < 6 mg/l, hàm lượng Mn sau xử lý đạt QCVN 40:2011 - BTNMT (B).
5.Qua các thí nghiệm trên mẫu thí nghiệm và mẫu thực tế, đề tài đã phân tích và lựa chọn ứng dụng chế phẩm tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu nano sắt (NZVI) để xử lý nước thải từ hoạt động chế biến khoáng sản có hàm lượng kim loại nặng cao (Fe, Mn, Cu, Pb) sẽ có hiệu quả về khả năng xử lý các kim loại nặng, phù hợp với công nghệ hiện có, và giảm thiểu chi phí hóa chất so với hiện tại. Đề tài đã đề ra sơ đồ công nghệ cải tiến, để xử lý nước thải từ hoạt động chế biến khoáng sản có hàm lượng kim loại nặng cao (Fe, Mn, Cu, Pb) và phân tích chi phí vận hành xử lý nước thải.
Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia
