Luận án 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

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG MỘT SỐ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP KẾP HỢP BÃI LỌC TRỒNG CÂY ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG Fe, Mn TRONG NƯỚC THẢI MỎ THAN

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "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" tập trung giải quyết vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng từ nước thải mỏ than, đặc trưng bởi pH thấp và hàm lượng kim loại nặng (Fe, Mn) cùng chất rắn lơ lửng (TSS) cao. Các phương pháp hóa lý truyền thống thường tốn kém, phức tạp và tạo ra chất thải thứ cấp. Nghiên cứu này đề xuất một giải pháp thân thiện môi trường, chi phí thấp và dễ thích ứng, sử dụng vật liệu sinh học tự nhiên từ các phế phụ phẩm nông nghiệp đã thủy phân kết hợp với bãi lọc trồng cây (CW).

Mục tiêu chính của luận án là thiết lập quy trình công nghệ xử lý nước thải mỏ than có hàm lượng Fe và Mn cao. Nghiên cứu đã thực hiện: (1) đánh giá chất lượng nước thải mỏ than tại Quảng Ninh và Thái Nguyên, xác nhận tình trạng ô nhiễm đáng kể; (2) nghiên cứu khả năng xử lý Fe, Mn của tám loại phế phụ phẩm nông nghiệp đã thủy phân (như vỏ trấu, xơ dừa, bã mía) ở quy mô phòng thí nghiệm, xác định vỏ trấu là vật liệu hiệu quả nhất, đạt hiệu suất loại bỏ Fe lên tới 98,3% và Mn là 98,2%; (3) khảo sát tiềm năng xử lý của năm loài thực vật thủy sinh (như cây sậy, muống Nhật), lựa chọn cây sậy (Phragmites australis) và muống Nhật (Caladium bicolor) nhờ hiệu suất loại bỏ kim loại nặng cao (Fe lên tới 96,8%, Mn lên tới 97,9%) và khả năng thích nghi tốt trong môi trường bị ô nhiễm.

Dựa trên các kết quả này, một quy trình xử lý ba modul với lưu lượng 250 lít/ngày đã được xây dựng. Hệ thống bao gồm bể điều hòa/lắng, bể vật liệu lọc chứa hỗn hợp vỏ trấu đã thủy phân và đá vôi, cùng bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm ngang với cây sậy và muống Nhật. Vận hành thử nghiệm trong ba tháng cho thấy hệ thống đạt hiệu quả loại bỏ cao các chất ô nhiễm đặc trưng, dao động từ 62,4% đến 98,8%. Nước thải đầu ra luôn đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT, cụ thể là cột B đối với COD và TSS, và cột A đối với KLN Fe, Mn, chứng minh tính ổn định và hiệu quả của công nghệ đề xuất. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho phương pháp xử lý bền vững nước thải mỏ.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
  • 4. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

• 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
      • 1.1.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa - lý
      • 1.1.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
      • 1.1.2.3. Xử lý nước thải bằng hệ thống bãi lọc trồng cây
      • 1.1.2.4. Xử lý nước thải bằng mương đá vôi yếm khí (ALD)
    • 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 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 phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý ô nhiễm kim loại nặng 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 bãi lọc trồng cây trong xử lý nước thải chứa KLN
  • 1.4. Những tồn tại và hạn chế cần giải quyết

• 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. Hóa chất, thiết bị
    • 2.2.2. Vật liệu chính trong nghiên cứu
      • 2.2.2.1. Một số phế phụ phẩm nông nghiệp
      • 2.2.2.2. Thực vật thủy sinh
      • 2.2.2.3. Đá vôi
  • 2.3. Các phương pháp nghiên cứu
  • 2.4. Các phương pháp thực nghiệm

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Hiện trạng môi trường nước thải mỏ than
  • 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
      • 3.2.3.1. Khảo sát sự thay đổi pH của nước thải
      • 3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của PPP nông nghiệp đến giá trị COD trong nước thải
      • 3.2.3.3. Kết quả đánh giá khả năng xử lý Fe của các PPP nông nghiệp
      • 3.2.3.4. Kết quả đánh giá khả năng xử lý Mn của các PPP nông nghiệp
      • 3.2.3.5. Lựa chọn phế phụ phẩm nông nghiệp phù hợp để xử lý Fe, Mn trong nước thải mỏ than
      • 3.2.3.6. Nghiên cứu quá trình thủy phân vỏ trấu bằng các chế phẩm sinh học sẵn có hoặc phân bò trong PTN
  • 3.3. Kết quả đánh giá khả năng xử lý Fe, Mn của TVTS
    • 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
      • 3.4.2.1. Hiệu quả xử lý Fe, Mn của modun bể lọc (đá vôi và vỏ trấu)
      • 3.4.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng kim loại đến hiệu quả xử lý Fe, Mn của bể lọc
      • 3.4.2.3. Hiệu quả xử lý Fe, Mn của hệ thống bãi lọc trồng cây
    • 3.4.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của quy trình công nghệ

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • Kết luận
  • Kiến nghị

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ