Luận án tiến sĩ: Ứng dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và bãi lọc trồng cây để xử lý kim loại nặng Fe, Mn trong nước thải mỏ than

• Tác giả: Đỗ Thị Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Thị Kim Anh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu, sử dụng một số phế phụ phẩm nông nghiệp kết hợp bãi lọc trồng cây để xử lý kim loại nặng Fe, Mn trong nước thải mỏ than
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về nước thải mỏ than và các phương pháp xử lý
• 1.1.1. Tổng quan về nước thải mỏ than
• 1.1.2. Phương pháp xử lý nước thải mỏ than
• 1.1.3. Tình hình xử lý nước thải mỏ than trên Thế giới và Việt Nam
• 1.2. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp
• 1.2.1. Nguồn gốc, thành phần và tính chất một số phế phụ phẩm nông nghiệp
• 1.2.2. Quá trình thủy phân phế phụ phẩm nông nghiệp
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng PPP nông nghiệp để xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường nước
• 1.3. Công nghệ bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải
• 1.3.1. Các loại bãi lọc trồng cây và thực vật trong xử lý nước thải
• 1.3.2. Cơ chế loại bỏ KLN trong nước của bãi lọc trồng cây
• 1.3.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CW trong xử lý nước thải chứa KLN
• 1.3.4. Những tồn tại và hạn chế cần giải quyết
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng
• 2.2.1. Vật liệu chính trong nghiên cứu
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp điều tra khảo sát, lấy mẫu
• 2.3.2. Phương pháp phân tích, đánh giá
• 2.3.3. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu
• 2.3.4. Các phương pháp thực nghiệm
• 2.3.4.1. Thí nghiệm lựa chọn PPP nông nghiệp để xử lý Fe, Mn trong nước thải
• 2.3.4.2. Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý Fe, Mn của một số loài TVTS
• 2.4. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ than
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng chất lượng nước thải mỏ than
• 3.1.1. Kết quả khảo sát chất lượng NT tại mỏ than Khánh Hòa
• 3.1.2. Kết quả khảo sát tại một số mỏ than thuộc tỉnh Quảng Ninh
• 3.2. Kết quả lựa chọn phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ
• 3.2.1. Đánh giá quá trình thủy phân phế phụ phẩm nông nghiệp
• 3.2.2. Kết quả đánh giá sự biến đổi giá trị COD khi thủy phân các PPP nông nghiệp
• 3.2.3. Kết quả đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm của các PPP nông nghiệp thủy phân trong hệ bãi lọc trồng cây
• 3.3. Kết quả đánh giá khả năng xử lý Fe, Mn của thực vật thủy sinh
• 3.3.1. Đánh giá khả năng thích nghi của các loài TVTS trong các hệ thí nghiệm
• 3.3.2. Đánh giá khả năng xử lý Fe, Mn của các loài TVTS
• 3.3.3. Lựa chọn loài TVTS phù hợp để xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ than
• 3.4. Xây dựng quy trình công nghệ xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ than
• 3.4.1. Quy trình công nghệ xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ than quy mô 250l/ngày
• 3.4.2. Đánh giá khả năng xử lý Fe, Mn trong các modun
• 3.4.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của quy trình công nghệ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÁC HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SỐ LIỆU TRONG NGHIÊN CỨU

I. Tổng quan về nước thải mỏ than và các phương pháp xử lý

Nước thải mỏ than là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành khai thác than, đặc biệt tại Việt Nam. Nước thải này thường chứa hàm lượng kim loại nặng cao, bao gồm Fe và Mn, cùng với các hợp chất độc hại khác. Việc xử lý nước thải mỏ than hiện nay chủ yếu dựa vào các phương pháp hóa lý, tuy nhiên, những phương pháp này thường tốn kém và không thân thiện với môi trường. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp xử lý sinh thái, như bãi lọc trồng cây, kết hợp với phế phụ phẩm nông nghiệp, đang trở thành một xu hướng mới. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải.

1.1. Tình hình xử lý nước thải mỏ than trên thế giới và Việt Nam

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã áp dụng các công nghệ tiên tiến để xử lý nước thải mỏ than. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc xử lý nước thải vẫn còn nhiều hạn chế. Các công nghệ hiện tại chủ yếu là hóa lý, dẫn đến chi phí cao và hiệu quả không ổn định. Việc áp dụng công nghệ bãi lọc trồng cây kết hợp với phế phụ phẩm nông nghiệp có thể là giải pháp khả thi, giúp cải thiện chất lượng nước thải và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng vỏ trấu và các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác có thể nâng cao khả năng xử lý Fe và Mn trong nước thải mỏ than, từ đó giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng trong nước thải mỏ than bằng cách sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và bãi lọc trồng cây. Đối tượng nghiên cứu bao gồm nước thải từ các mỏ than tại Quảng Ninh và Thái Nguyên, cùng với các loại phế phụ phẩm như vỏ trấu, bã mía, và mùn cưa. Phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát chất lượng nước thải, thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý của các loại thực vật thủy sinh và phế phụ phẩm. Kết quả từ các thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định hiệu quả xử lý của từng loại vật liệu, từ đó xây dựng quy trình công nghệ xử lý nước thải mỏ than hiệu quả.

2.1. Vật liệu và thiết bị sử dụng

Các vật liệu chính trong nghiên cứu bao gồm phế phụ phẩm nông nghiệp đã được thủy phân, như vỏ trấu và bã mía, cùng với các loại thực vật thủy sinh như sậy và muống Nhật. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu bao gồm các bể thí nghiệm, thiết bị đo pH, và các dụng cụ phân tích hóa học để đánh giá chất lượng nước thải trước và sau xử lý. Việc lựa chọn vật liệu và thiết bị phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của các thí nghiệm.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu có khả năng xử lý kim loại nặng Fe và Mn trong nước thải mỏ than đạt hiệu suất cao. Cụ thể, hiệu suất loại bỏ Fe và Mn trong nước thải mỏ than Tây Lộ Trí đạt 98,3% và 98,2% sau 192 giờ. Ngoài ra, hai loài thực vật thủy sinh được lựa chọn là sậy và muống Nhật cũng cho thấy khả năng xử lý tốt trong môi trường nước ô nhiễm. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của phương pháp xử lý sinh thái mà còn mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải mỏ than tại Việt Nam.

3.1. Đánh giá khả năng xử lý của các loại vật liệu

Đánh giá khả năng xử lý của các loại phế phụ phẩm nông nghiệp cho thấy, vỏ trấu là vật liệu có hiệu quả nhất trong việc loại bỏ kim loại nặng. Quá trình thủy phân đã làm tăng khả năng hấp phụ của vỏ trấu, giúp loại bỏ các ion Fe và Mn hiệu quả hơn. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng, sự kết hợp giữa bãi lọc trồng cây và phế phụ phẩm nông nghiệp không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn cải thiện chất lượng môi trường xung quanh, tạo ra một hệ sinh thái bền vững.

IV. Kết luận và kiến nghị

Luận án đã chứng minh rằng việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp kết hợp với bãi lọc trồng cây là một phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý kim loại nặng trong nước thải mỏ than. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng thực tiễn tại các mỏ than ở Việt Nam, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các loại phế phụ phẩm khác và mở rộng quy mô ứng dụng để tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiến hành các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá hiệu quả lâu dài của phương pháp xử lý này trong các điều kiện khác nhau. Việc mở rộng nghiên cứu sang các loại nước thải khác có chứa kim loại nặng cũng là một hướng đi tiềm năng. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ để khuyến khích việc áp dụng các công nghệ xử lý sinh thái trong ngành khai thác than.