Luận văn Nghiên cứu áp dụng công nghệ thực vật kết hợp vật liệu sét tự nhiên xử lý nước thải chế biến khoáng sản chì kẽm chợ Đồn

i acid nucleic, tham gia tổng hợp cholesterol [31]. Nhiễm độc mangan thƣờng thể hiện ở ba giai đoạn: - Giai đoạn đầu: thƣờng chán ăn, mệt mỏi, vô cảm, đau đầu, mỏi chân, đau khớp. 6 - Giai đoạn thứ hai: xuất hiện các triệu chứng pakyson nhƣ nói nhầm, đi đứng loạng choạng, tiết nhiều nƣớc bọt. - Giai đoạn cuối: sơ cứng mạch, nhất là hai chân, đau cơ, loạn cảm giác. Ngƣời bị nhiễm độc mangan từ việc khai thác quặng mangan hoặc làm tiếp xúc với mangan từ việc điều chế mangan thƣờng mắc các bệnh về hô hấp nhƣ viêm họng, viêm phế quản, viêm phổi 1.1.4. Chì (Pb) Chì là một trong những kim loại đƣợc nghiên cứu kỹ về độc tố. Nguồn gây ô nhiễm chì chủ yếu từ quá trình khai mỏ, sản xuất kim loại màu, sản xuất pin và ắc quy, gia công kim loại. Chì có tính độc cao đối với con ngƣời và động vật. Sự thâm nhiễm Pb vào cơ thể con ngƣời từ rất sớm từ tuần thứ 20 của thai kì và tiếp diễn suốt kì mang thai. Trẻ em có mức hấp thụ Pb cao gấp 3-4 lần ngƣời lớn [6]. Trẻ em từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ có thai là những đối tƣợng mẫn cảm với những ảnh hƣởng nguy hại của Pb. Chì cũng cản trở chuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hay gián tiếp thông qua kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D. Chì gây độc cả cơ quan thần kinh trung ƣơng lẫn thần kinh ngoại biên. Chì tác động lên hệ enzym, đặc biệt là enzym vận chuyển hydro. Khi bị nhiễm độc, ngƣời bệnh bị một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xƣơng). Tùy theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến nhƣ đau bụng Pb, đƣờng viền đen Burton ở lợi, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, liệt, tai biến não nếu nặng có thể gây tử vong. Tác dụng hóa sinh của Pb chủ yếu gây ảnh hƣởng đến tổng hợp máu, phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp máu do tích đọng các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Chì kìm hãm quá trình sử dụng O2 và glucozo để 7 sản xuất năng lƣợng cho quá trình sống. Sự kìm hãm này có thể nhận thấy khi nồng độ Pb trong máu khoảng 0,3mg/l. Khi nồng độ Pb trong máu lớn hơn 0,8mg/l có thể gây ra hiện tƣợng thiếu máu do thiếu hemoglobin. Nếu hàm lƣợng Pb trong máu khoảng 0,5-0,8mg/l sẽ gây rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. JECFA đã thiết lập giá tri tạm thời cho lƣợng Pb đƣa vào cơ thể có thể chịu đựng đƣợc đối với trẻ sơ sinh và thiếu nhi là 25 mg/kg thể trọng [29]. Triệu chứng ngộ độc chì gồm: đau bụng trên, táo bón, nôn mửa. Ở trên lợi của bệnh nhân, ngƣời ta nhận thấy một đƣờng xanh đen do sunfua-Pb đọng lại. Chứng viêm não tuy rất hiếm nhƣng lại là biến chứng nghiêm trọng ở ngƣời trong trƣờng hợp nhiễm độc Pb, trƣờng hợp cũng thƣờng hay gặp ở trẻ em. Bệnh thiếu máu: thiếu máu xảy ra trong trƣờng hợp nhiễm độc Pb vô cơ và thƣờng xảy ra trong giai đoạn cuối, nhƣng ngay khi nhiễm độc Pb, ngƣời ta đã phát hiện rối loạn tổ hợp máu. Sự kìm hãm tổ hợp máu là yếu tố gây ra bệnh thiếu máu do Pb nhƣng nó cũng tạo ra những tác động trực tiếp đến hồng cầu. Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ tuổi và tình trạng của cơ thể và nguy hiểm chính là độc hại tới hệ thần kinh. Hầu hết nhạy cảm với Pb là trẻ em, đặc biệt là trẻ em mới tập đi, trẻ sơ sinh và bào thai. Trẻ sơ sinh, trẻ em dƣới 16 tuổi và phụ nữ có thai là đối tƣợng nhạy cảm nhất với độc tố Pb, tác động mãn tính đến sự phát triển trí tuệ của trẻ em. Với những phụ nữ có thai thƣờng xuyên tiếp xúc với Pb khả năng xảy thai hoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn. Với trẻ em, hệ thần kinh đang phát triển rất nhạy cảm khi bị nhiễm Pb dù ở nồng độ thấp, hệ số thông minh (IQ) giảm xuống. Đối với ngƣời trƣởng thành, công việc thƣờng xuyên tiếp xúc với Pb quá mức hoặc do gặp sự cố có thể bị nhiễm bệnh thần kinh ngoại vi hoặc thần kinh mạn tính. Tuy nhiên ở ngƣời lớn các ảnh hƣởng cấp tính hay hầu hết các ảnh hƣởng nhạy cảm của Pb có thể là bệnh tăng huyết áp. Ngoài ra khi nhiễm độc Pb còn có thể ảnh hƣởng dến một số cơ quan khác trong cơ thể nhƣ dạ dày, ruột non, cơ quan sinh sản [29]. 8 1.1.5. Kẽm (Zn) Kẽm đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế tạo đồng thau và các hợp kim khác. Công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng, sản xuất kim loại màu, pin và ắc quy thải ra môi trƣờng nhiều kẽm. Kẽm là nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho động vật và con ngƣời. Kẽm là thành phần thiết yếu của một lƣợng lớn metalloenzymes (nhƣ alcohol dehydrogenase, carbonic anhydrase, aminopeptidase leucine, superoxide dismutase, deoxyribonucleic acid (DNA) axit ribonucleic (RNA) polymerase) [27]. Nhƣ vậy, Zn là cần thiết đối với sự tổng hợp nucleic acid, protein, trao đổi chất màng, cũng nhƣ sự tăng trƣởng tế bào và phân chia. Kẽm cũng đóng một vai trò thiết yếu trong duy trì cấu trúc axit nucleic của các gen (hiện tƣợng ngón tay kẽm). Thiếu kẽm đã đƣợc kết hợp với viêm da, biếng ăn, chậm lớn, kém lành vết thƣơng, thiểu năng sinh dục với khiếm khả năng sinh sản, chức năng miễn dịch bị suy yếu; tăng tỷ lệ mắc các dị tật bẩm sinh ở trẻ sơ sinh do sự thiếu hụt kẽm trong bà mẹ. Phơi nhiễm cấp tính với Zn có thể gây chết ngƣời. Bụi Zn gây tắc động mạch phổi, xơ hóa các nội phế nang phổi. Một số nghiên cứu đã chỉ ra mức độ phơi nhiễm với khói chứa Zn. Ngƣời công nhân thực hiện đổ Zn nóng chảy bị khó thở và đau ngực khi tiếp xúc với Zn ở nồng độ 320-580 mg Zn/m3 sau 2-12h. Hai tình nguyện viên đã bị ho, tức ngực, khó thở, giảm dung tích sống khoảng 3-49 h sau khi hít cấp tính với 600mg Zn/m3 trong 10-12 phút [27]. Tiếp xúc với Zn trong thời gian dài gây nên các triệu chứng tầm thần (đau đầu, mất ngủ, căng thẳng), rối loạn chuyển hóa trong cơ thể (chuyển hóa lipid máu, thiếu máu) , rối loạn tiêu hóa (nôn mửa, đau bụng, tiêu chảy), gây viêm tụy, thận. 1.2. Tổng quan về đặc điểm môi trƣờng khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn Khu vực mỏ chì kẽm Chợ Đồn là một vùng quặng chì kẽm có chất lƣợng tốt nhất và trữ lƣợng lớn nhất nƣớc ta, đã đƣợc tìm kiếm thăm dò và khai thác ở các mức độ khác nhau. Khu vực mỏ chì kẽm Chợ Đồn gồm có khu vực mỏ chì kẽm 9 nam Chợ Đồn và bắc Chợ Đồn (Chợ Điền). Mỏ chì kẽm Bắc Chợ Đồn bao gồm các khu mỏ: Lũng Hoài, Đèo An, Bình Chai, Phia Khao, Popen. Mỏ chì kẽm Nam Chợ Đồn bao gồm 4 mỏ chính Nà Tùm, Pù Sáp, Ba Bồ, Nà Bốp và khu chế biến khoáng sản Lũng Váng thuộc thị trấn Bằng Lũng và xã Bằng Lãng huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn với diện tích 67,95 ha. 1.2.1. Hiện trạng công nghệ khai thác, chế biến quặng tại mỏ chì kẽm Khu vực mỏ chì kẽm Chợ có chất lƣợng quặng tốt nhất và trữ lƣợng lớn nhất đã đƣợc thăm dò và khai thác ở nƣớc ta. Khu vực Nam Chợ Đồn: bao gồm khu vực mỏ Nà Tùm, Ba Bồ, Nà Bốp, Pù Sáp. Thuộc phạm vi khu vực chì kẽm Nam Chợ Đồn đã và đang có một số đơn vị hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản nhƣ sau: Công ty cổ phần khoáng sản Bắc Kạn (BKC) gồm các đơn vị thành viên: - Xí nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản Chợ Đồn - thị trấn Bằng Lũng, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. - Xí nghiệp khai thác khoáng sản Bằng Lãng - xã Bằng Lãng, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. - Xí nghiệp khai thác mỏ Pù Sáp - xã Bằng Lãng, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn. Bên cạnh đó, công ty cổ phần khoáng sản Bắc Kạn hợp tác đầu tƣ và kinh doanh trong quá trình khai thác và tuyển quặng với Công ty TNHH Tập Đoàn Thiên Mã - thôn Bản Lắc, Xã Bằng Lãng, Huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn Khu vực Bắc Chợ Đồn gồm khu vực mỏ Bắc Lũng Hoài, Nam Lũng Hoài Po Pen, Đèo An, Bình Trai. Thuộc phạm vi khu vực chì kẽm Bắc Chợ Đồn đang đƣợc Công ty TNHH Một thành viên Kim loại màu Bắc Kạn. Ngoài ra khu vực mỏ chì kẽm Chợ Đồn còn có nhà máy điện phân chì kẽm tại huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn là nhà máy chế biến sâu khoáng sản, phù hợp với quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng chì kẽm. 10 Khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn thƣờng dùng 2 phƣơng thức khai thác khoáng sản là khai thác lộ thiên và khai thác hầm lò. Công tác khai thác đƣợc cơ giới hóa với mức độ thấp chủ yếu là bán cơ giới và thủ công. Khai thác hầm lò: Đây là phƣơng pháp phổ biến tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn. Phƣơng pháp này áp dụng đối với các thân quặng sunfua (phần ở sâu). Quy trình khai thác bao gồm phá vỡ quặng, đá bằng khoang nổ mìn, xúc bốc thủ công, vận tải trong mỏ bằng tự chảy hoặc goong đẩy tay, bằng tời điện ở giếng đứng và nghiên, thông gió cƣỡng bức bằng quạt, thoát nƣớc bằng bơm và tự chảy, vận tải ngoài mỏ bằng ô tô. Khai thác lộ thiên: áp dụng đối với mỏ quặng nông và phần thân quặng oxit (phần mặt trên). Phƣơng pháp này dùng máy xúc, máy gạt, gàu xúc, ô tô để khai thác. Trong các moong khai thác lộ thiên, do có sự bay hơi mạnh mẽ nên nồng độ các chất hòa tan trong nƣớc cao hơn hẳn so với nƣớc thải ở mỏ ngầm. Quặng chì kẽm nguyên khai sau khi đƣợc khai thác ở mỏ Chợ Đồn chủ yếu đƣợc áp dụng phƣơng pháp tuyển nổi. Bao gồm các bƣớc: 1- Tuyển nổi các khoáng vật chì, đè chìm kẽm bằng xyanua với sulfat kẽm. 2- Kích động kẽm bằng sulfat đồng và tuyển nổi bằng xantat. Trong quá trình tuyển nổi vôi đƣợc thêm vào để tăng độ pH nhằm đè chìm sulfide Fe. Chế biến khoáng sản chì kẽm có thể phân thành 2 giai đoạn chính nhƣ sau: Giai đoạn làm giàu và chế biến thô khoáng sản chì-kẽm: sử dụng phƣơng pháp tách các loại khoáng vật có cỡ hạt tƣơng đối mịn lơ lửng trong môi trƣờng nƣớc dựa vào khả năng bám dính có lựa chọn của chúng lên bóng khí trong huyền phù của khoáng vật. Sản phẩm cuối cùng của khâu này là tinh quặng kẽm và tinh quặng chì. Tinh quặng kẽm và chì sau đó sẽ đƣợc đƣa vào giai đoạn chế biến sâu để sản xuất kẽm thỏi, chì thỏi và trong công đoạn này ngƣời ta tiến hành thu hồi các nguyên tố đi kèm có giá trị nhƣ Cd, In, Ag, Ga, và tận thu Zn, Pb. 11 Giai đoạn chế biến sâu quặng chì-kẽm: Về công nghệ sản xuất kẽm, có 2 phƣơng pháp chủ yếu thu hồi Zn là hỏa luyện kẽm và thủy luyện kẽm. Tại khu mỏ này sử dụng chủ yếu phƣơng pháp thủy luyện kẽm. Bột oxyt kẽm là nguyên liệu đầu tiên cho quá trình thủy luyện để sản xuất kẽm kim loại bằng phƣơng pháp điện phân và thu hồi các kim loại có ích đi kèm. Về công nghệ sản xuất chì: Hiện nay để thu hồi chì sử dụng chủ yếu là phƣơng pháp hỏa luyện. Phƣơng pháp thủy luyện thƣờng dùng để xử lý phế liệu chì và các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất chì kẽm. Phƣơng pháp hỏa luyện cho phép thu hồi tổng hợp các kim loại cộng sinh có ích đi kèm: Ag, Ga, Cd, In 1.2.2. Công nghệ xử lý chất thải của mỏ chì kẽm Khu vực mỏ chì kẽm Chợ Đồn có số lƣợng lớn các mỏ đang khai thác và chế biến. Hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản tại khu vực này có thể làm phán tán các chất ô nhiễm ra môi trƣờng xung quanh. Ngoài ra, khu vực mỏ Chợ Đồn có hệ thống sông suối khá dày đặc, chủ yếu là các nhánh thƣợng nguồn sông Cầu, sông Năng, sông Phó Đáy, sông Bình Trung nên nƣớc sông ở khu vực này bị ô nhiễm có nguy cơ gây nguy hiểm cho ngƣời dân sử dụng nƣớc ở vùng hạ lƣu. Do vậy, cần thiết có cơ chế tập trung xử lý nƣớc thải khai khoáng trƣớc khi thải vào môi trƣờng nƣớc để hạn chế nguy cơ ô nhiễm. Việc khai thác và chế biến quặng đều có thể gây ô nhiễm nƣớc, cụ thể: Quá trình khai khoáng: việc bóc tách lớp đất đá, quặng phát tán một phần các nguyên tố quặng và các nguyên tố đi kèm ra môi trƣờng đất và nguồn nƣớc xung quanh. Đồng thời nƣớc ngầm và nƣớc mƣa chảy tràn cuốn vật chất quặng xuống thủy vực gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Quá trình chế biến quặng: quá trình tuyển quặng phát sinh lƣợng lớn xỉ, bùn tuyển quặng, nƣớc thải chứa thuốc tuyển quặng và kim loại hòa tan. Lƣợng chất thải này phát tán ra ngoài môi trƣờng, gây ô nhiễm đất và nƣớc. 12 1.2.3. Hiện trạng môi trƣờng nƣớc khu vực mỏ chì kẽm Nhu cầu oxy hóa học (COD) Số liệu phân tích cho thấy hàm lƣợng COD tại các khu vực chế biến thƣờng cao hơn so với khu vực khai thác. Tại khu vực nam Chợ Đồn, chỉ số COD cao nhất đƣợc ghi nhận tại hồ lắng số 1 và 2, đều cao hơn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1, tuy nhiên vẫn thấp hơn QCVN 40:2011/BTNMT (B). Ở khu vực bắc Chợ Đồn, hàm lƣợng COD tại hồ lắng 1, bể lắng 2, 3 và 4 cao hơn 2 lần so với QCVN 08- MT:2015/BTNMT loại B1 nhƣng vẫn chƣa vƣợt mức cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT loại B.. Asen (As) Tại khu vực nam Chợ Đồn, hàm lƣợng As tại khu vực hồ lắng 1, 2, 3, 4 khu vực chế biến Bằng Lũng đều vƣợt qua quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Tuy nhiên hàm lƣợng As trong môi trƣờng nƣớc khu vực các mỏ và xung quanh các mỏ Nà Bốp, Ba Bồ, Pù Sáp đều không vƣợt quá so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT loại B1. Đối với khu vực mỏ chì kẽm Bắc Chợ Đồn, hầu hết các điểm lấy mẫu đều có hàm lƣợng As cao hơn QCVN 40:2011/BTNMT cột B, trừ bể lắng 3, 4 tại khu chế biến Bản Thi. Đặc biệt tại khu vực nhà máy chế biến Bản Thi, hàm lƣợng As cao hơn 4 lần QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Chì (Pb) Tại khu vực Nam Chợ Đồn, hàm lƣợng Pb tại hầu hết các điểm lấy mẫu đều cao hơn QCVN 08-MT:2015 cột B1. Đặc biêt tại khu vực hồ lắng số 1 tại khu vực chế biến Bằng Lũng có hàm lƣợng Pb cao hơn tới 12 lần QCVN 40:2011/BTNMT cột B. Tại khu vực bắc Chợ Đồn tất cả các mẫu nƣớc quan trắc đều vƣợt quá quy chuẩn QCVN 08-MT:2011/BTNMT loại B1. Đặc biệt, tại khu vực chế biến Bản Thi có hàm lƣợng Pb rất cao, có mẫu vƣợt gấp 40 lần so với hàm lƣợng Pb cho phép theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT loại B. 13 Kẽm (Zn) Tại khu vực Nam Chợ Đồn, hầu hết các mẫu nƣớc đều có hàm lƣợng Zn thấp hơn QCVN 08-MT:2015/BTNMT loại B1, ngoại trừ khu vực chế biến Bằng Lũng. Khu vực hồ lắng 1 có hàm lƣợng Zn cao hơn quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Khu vực Bắc Chợ Đồn, hàm lƣợng Zn trong môi trƣờng nƣớc dao động trong khoảng 1,181 - 11,205mg/L, nhiều mẫu nƣớc có hàm lƣợng Zn vƣợt quá QCVN 08- MT:2011/BTNMT loại B1. Trong đó, khu vực chế biến Bản Thi, cống dẫn thải và khu vực mỏ Đèo An có hàm lƣợng Zn vƣợt cao hơn gấp 4 tới 12 lần so với hàm lƣợng Zn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT loại B, cao hơn hẳn so với khu vực mỏ khai thác Lũng Hoài, mỏ Po Pen. Mangan (Mn) Hàm lƣợng Mn trong một số mẫu nƣớc của khu vực Chợ Đồn vƣợt quá giới hạn cho phép trong QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Trong đó khu vực hồ lắng 1 khu vực chế biến Bằng Lũng thuộc khu mỏ Nam Chợ Đồn và khu chế biến Bản Thi thuộc khu mỏ Bắc Chợ Đồn có hàm lƣợng Mn cao hơn giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT loại B lần lƣợt là 6 và 20 lần. Ngoài ra, các khu mỏ Đèo An, mỏ Ba Bồ, các cống thải dẫn và một số bể lắng đều cao hơn gấp từ 1 đến 4 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Cadimi (Cd) Hầu hết các mẫu nƣớc ở khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn đều chƣa vƣợt quá giới hạn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Tuy nhiên, so sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt QCVN 08-MT:2011/BTNMT loại B1, hàm lƣợng Cd trong một số mẫu vƣợt quá mức hàm lƣợng Cd cho phép. Tại một số mỏ tại khu vực Bắc Chợ Đồn nhƣ mỏ Lũng Hoài, mỏ Po Pen, mỏ Đèo An đều có hàm lƣợng Cd vƣợt gấp 2 đến 5 lần so với quy chuẩn cho phép. 14 Sắt (Fe) Tại khu vực Nam Chợ Đồn, chỉ có 10% số mẫu có hàm lƣợng Fe vƣợt quá hàm lƣợng Fe cho phép trong QCVN 08-MT:2011/BTNMT loại B1. Địa điểm có hàm lƣợng Fe cao nhất ghi nhận đƣợc tại khu vực hồ lắng số 1 của khu chế biến Bằng Lũng, gấp gần 2 lần hàm lƣợng Fe cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Theo kết quả phân tích mẫu nƣớc tại khu vực Bắc Chợ Đồn có khoảng 17% số mẫu lấy đƣợc có hàm lƣợng Fe cao hơn so với QCVN 08-MT:2011/BTNMT loại B1. Trong đó, tại khu vực chế biến khoáng sản Bản Thi, cống dẫn thải và bể lắng 4 có hàm lƣợng Fe cao gấp từ 2 đến 4 lần so với hàm lƣợng Fe cho phéo theo QCVN 40:2011/BTNMT loại B và cao hơn hẳn so với khu vực mỏ khai thác. 1.3. Khả năng sử dụng vật liệu tự nhiên để xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại khu mỏ chì kẽm Chợ Đồn Từ kết quả phân tích ở trên đã cho thấy hàm lƣợng một số kim loại nặng nhƣ As, Pb, Zn, Mn, Cd, Fe tại một số điểm khai thác và chế biến quặng vƣợt quy chuẩn cho phép về nƣớc mặt QCVN 08-MT:2011/BTNMT và nƣớc thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT. Trong môi trƣờng nƣớc các kim loại này thƣờng tồn tại ở cả dạng cation (: Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ và Mn2+) và anion (anion H3AsO 4-) do đó việc lựa chon một loại vật liệu tự nhiên có khả năng xử lý đồng thời tất cả các kim loại trên là khá khó khăn. Điều này có thể giải quyết bằng cách kết hợp một vài loại vật liệu tự nhiên nhƣ: bentonit/oxit sắt, vermiculit/oxit sắt, hay diatomit/oxit sắt. Các oxit sắt: bao gồm hematit, magnetit, maghemit và các hydroxit sắt nhƣ geothit đều là những vật liệu có tính hấp phụ rất tốt, đặc biệt là các anion nên đây là `nguồn vật liệu tiềm năng để xử lý As trong nƣớc. Tại huyện Chợ Đồn có 2 mỏ sắt lớn là mỏ Bản Cuôn và mỏ Pù Ổ nên có thể xem xét sử dụng oxit sắt kết hợp với một số vật liệu hấp phụ cation nhƣu bentonit, vermiculit, diatomit và kaolinit. 15 - Bentonit: là loại khoáng đƣợc cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật nhóm smectit, bao gồm: montmoriloit, beidelit, nontronit và một vài khoáng vật ít phổ biến khác. Đây là loại khoáng có khả năng hấp phụ tốt do có diện tích bề mặt lớn, trƣơng nở tốt, khả năng trao đổi ion cao. Tuy nhiên do loại khoáng này có độ min và độ dẻo cao nên dễ bị phân tán và rửa trôi trong nƣớc. Đồng thời các mỏ bentonit chất lƣợng tốt ở Việt Nam khá xa khu vực Chợ Đồn. - Vermuculit: là loại khoáng có khả năng hấp phụ tốt. Mặc dù khả năng trƣơng nở tƣơng đối kém nhƣng chúng lại có dung tích trao đổi cation lớn. Tại miền bắc có một số mỏ vermuculit tại Lào Cai, Yên Bái, Phụ Thọ, khá gần khu vực tỉnh Bắc Kạn. Tuy nhiên vercumulit là loại nguyên liệu khoáng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiêp và có giá thành cao. - Diatomit: loại khoáng vật này có kích thƣớc nhỏ, tính thấm tốt, độ xốp cao, có diện tích bề mặt lớn. Diatomit có khả năng hấp phụ kim loại nặng tƣơng đối tốt. Tuy nhiên, tƣơng tự nhƣ bentonit, nguồn diatomit không sẵn có tại khu vực Bắc Kạn, chủ yếu tập trung ở khu vực Trung Bộ và Tây Nguyên nên chi phí khi sử dụng loại vật liệu này sẽ tốn kém. - Kaolinit: là loại khoáng tƣơng đối phong phú tại Việt Nam. Ở miền bắc, kaolinit phân bố ở các tỉnh nhƣ Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Lào Cai, Thái Nguyên, Hà Giang, Tuyên Quang. Loại vật liệu này cũng có giá thành tƣơng đối thấp. Tuy nhiên kaolinit lại không phải là loại vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nên chỉ có thể xem xét sử dụng loại vật liệu này trong trƣờng hợp không sử dụng đƣợc các vật liệu ở trên. Để có thể tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có ở địa phƣơng, nên chọn các vật liệu sắt tại khu vực mỏ sắt Bản Cuôn, mỏ Pù Ổ tại huyện Chợ Đồn để đảm bảo hiệu quả kinh tế. Đặc biệt nên xem xét các nguồn bùn thải từ quá trình tuyển quặng để nâng cao hiệu quả kinh tế, đồng thời tăng khả năng tận dùng nguồn tài nguyên ít giá trị và hạn chế ô nhiễm môi trƣờng vùng mỏ.Cần quan tâm đến ảnh hƣởng các yếu tố môi trƣờng, đặc biệt là độ pH và cƣờng độ ion đến khả năng hấp phụ của các vật liệu xử lý, cần kiểm soát chặt chẽ và phù hợp để đạt hiệu suất xử lý tối ƣu nhất. 16 1.4. Tổng quan về biện pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật 1.4.1. Xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation) là phƣơng pháp sử dụng thực vật để tách chiết, cô lập hoặc khử độc các chất ô nhiễm thông qua các quá trình hóa, lý, sinh học (Cunningham và Ow,1996). Phƣơng pháp này đƣợc đánh giá là một công nghệ xử lý ô nhiễm hiệu quả, thân thiện với môi trƣờng và chi phí thấp. Thực vật có những phản ứng khác nhau khi có mặt của các ion kim loại trong môi trƣờng sôngs. Hầu hết các loại thực vật rất nhạy cảm với các ion kim loại. Tuy nhiên vẫn có một số loại thực vật không chỉ có khả năng sống đƣợc trong môi trƣờng bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích lũy các kim loại này trong các bộ phân của chúng. Trong thực tế công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật phụ thuộc và nhiều yếu tố nhƣ: dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên cây nhanh, chống chịu đƣợc với các nhân tố ô nhiễm và cho sinh khối nhanh. Điều này bị ảnh hƣởng bởi các mối quan hệ qua lại của thực vật với đất, các chất ô nhiễm, hệ vi sinh vật đất. Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật Hiện nay việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm khá phổ biến, đƣợc áp dụng nhiều nơi và cho nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau. Việc xử lý ô nhiễm bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ: Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization): đƣợc áp dụng để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng và các chất hữu cơ kỵ nƣớc bằng cách sử dụng các loại cỏ có rễ sợi, ƣa nƣớc ngầm hấp thụ hay hấp phụ các chất ô nhiễm vào rễ, làm giảm khả năng di động của chúng trong môi trƣờng. Công nghệ chiết xuất bằng thực vật (Phytoextraction): là công nghệ sử dụng thực vật để hấp thụ kim loại nặng ở đất vào trong rễ và vận chuyển chúng lên các bộ 17 phận của cây. Tại đó, các chất ô nhiễm đƣợc tích lũy và thu hồi lại sau khi xử lý sinh khối. Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phytovolatilization): sử dụng một số loại thực vật nhƣ cây Cải xanh (Brassica juncea), một số cây ngập nƣớc để loại bỏ As, Se, Hg, các hợp chất hữu cơ kỵ nƣớc bay hơi khỏi đất. Thông qua hoạt động sống của cây, các chất này đƣợc cây hấp thụ, bị biến đổi thành dạng hơi và thoát ra ngoài không khí. Ngày nay, danh mục hơn 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ cao các kim loại đã đƣợc công bố. Các họ thực vật chiếm ƣu thế về số loài có khả năng siêu hấp thụ là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae, Flacuorticeae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae và Euphobiaceae. Cơ chế sinh học của thực vật xử lý kim loại nặng Rễ cây chiếm khoảng 20-50% sinh khối thực vật, có vai trò hút thu các nguyên tố từ đất và vận chuyển lên phần sinh khối trên mặt đất. Cây có thể hút thu đƣợc các kim loại nặng trong đất cần sự di động của kim loại đối với đất. Sự di động có thể thực hiện bằng một số cách: Những phần tử tạo phức với kim loại có thể tồn tại trong vùng rễ ở dạng phức và hòa tan kim loại có trong đất. Hiện tại quá trình tách chiết kim loại bằng thực vật đƣợc thực hiện chủ yếu bằng cách tạo phức với đất. Tuy nhiên quá trình này sẽ thuận lợi hơn khi sử dụng hợp chất có sẵn trong tự nhiên. Rễ có thể làm giảm ion kim loại trong đất bằng màng đặc biệt gắn với chất khử kim loại, chất khử có thể làm thay đổi tính chất của kim loại. Ví dụ nhƣ cây đậu Hà Lan thiếu sắt hoặc đồng đã tăng khả năng khử Cu2+ và Fe3+, hai kim loại này đi với nhau sẽ làm tăng khả năng hút thu Cu, Mn, Fe và Mg của cậy. Rễ thực vật có thể hòa tan kim loại nặng trong đất bằng cách axit hóa môi trƣờng đất và đẩy ion dƣơng kim loại ra khỏi phức. Một cơ chế tƣơng tự đã đƣợc nghiên cứu qua sự di chuyển của Fe trong một số loại thực vật hai lá mầm thiếu sắt. 18 Rễ có thể phối hợp với hệ vi sinh vật đất vùng rễ để làm tăng khả năng hấp thu kim loại nặng trong đất. Tuy nhiên ý nghĩa của hệ vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm bằng thực vật còn nhiều điều chƣa sáng tỏ. Sự hút thu các chất nhƣ Fe, Mn, Cd, Zn của thực vật thuận lợi hơn nhờ khu hệ vi sinh vật vùng rễ. 1.4.2. Công nghệ sử dụng đất ngập nƣớc trong xử lý môi trƣờng Theo Công ƣớc Ramsar, vùng đất ngập nƣớc (wetlands) đƣợc xác định là: Những vùng đầm lầy, miền đầm lầy, vùng đất than bùn, vùng đất tù tự nhiên hoặc nhân tạo, có thể tồn tại lâu dài hay tạm thời, có nƣớc tĩnh hoặc nƣớc chảy, là nƣớc ngọt, nƣớc lợ hay nƣớc mặn, bao gồm cả những vùng nƣớc biển có độ sâu không quá 6 mét khi triều kiệt. Tất cả vùng đất ngập nƣớc đều có đặc điểm chung là sự xuất hiện của nƣớc trên bề mặt một cách liên tục hoặc không liên tục. Vùng đất ngập nƣớc có nhiều vai trò quan trong trong hệ sinh thái nhƣ: điều hòa dòng chảy, tạo môi trƣờng sống cho nhiều loài sinh vật và cải thiện môi trƣờng nƣớc. Dòng chảy qua các vùng đất ngập nƣớc tƣơng đối chậm tạo điều kiện cho các loại vật chất hữu cơ và vô cơ có thời gian tiêp xúc với hệ sinh vật trong khu đất ngập nƣớc dài hơn. Một lƣợng lớn các chất đƣợc lƣu giữ, hết hợp với điểm giao giữa môi trƣờng không khí và môi trƣờng nƣớc tạo điều hiện cho hệ vi sinh vật có khả năng phân hủy, chuyển hóa một lƣợng lớn các chất phát triển. Nhiều vùng đất ngập nƣớc tự nhiên đƣợc coi là hệ thống xử lý nƣớc thải tự nhiên. Công nghệ sử dụng bãi lọc trồng cây (constructed wetlands) đƣợc coi là một phần của công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm. Bãi lọc trồng cây là hệ thống kỹ thuật đƣợc thiết kế và xây dựng để tận dụng các phƣơng pháp tự nhiên bao gồm thực vật, đất và tổ hợp vi khuẩn nhằm hỗ trợ cho việc xử lý nƣớc thải (Brix, 1989). Thí nghiệm đầu tiên sử dụng bãi lọc trồng thực vật vỹ mô (macrophyte) cho xử lý nƣớc thải đƣợc thực hiện ở Đức vào đầu những năm 1950 (Vymazal, 2010). Hệ thống bãi lọc trồng cây xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và mầm bệnh (Brix, 1987). 19 Có một số kiểu bãi lọc trồng cây nhƣ: hệ thống bãi lọc chảy tự do bề mặt, hệ thống bãi lọc chảy ngầm ngang và hệ thống bãi lọc chảy ngầm