Nghiên cứu khả năng cố định một số kim loại nặng của than sinh học (biochar) và tro bay để xử lý đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN NHẬT HIẾU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH MỘT SỐ

KIM LOẠI NẶNG CỦA THAN SINH HỌC (BIOCHAR)

VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM

DO KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN NHẬT HIẾU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH MỘT SỐ

KIM LOẠI NẶNG CỦA THAN SINH HỌC (BIOCHAR)

VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM

DO KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đặng Văn Minh

THÁI NGUYÊN - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất

phát từ yêu cầu thực tế để từ đó hình thành lên hướng nghiên cứu cho luận

văn thạc sĩ dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo GS. TS. Đặng Văn

Minh. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng quy định và kết quả

trình bày trong luận văn là trung thực chưa từng được ai công bố trước đây.

Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình!

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017

Học viên

Nguyễn Nhật Hiếu

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo GS. TS. Đặng Văn

Minh - Trường Đại học Thái Nguyên, người đã định hướng đề tài, cung cấp tài

liệu và tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

thạc sĩ này. Em xin được gửi lời cảm ơn tới Khoa Môi trường - Trường Đại học

Nông Lâm Thái Nguyên cùng các thầy cô giáo trong Khoa đã tận tình giảng dạy

và truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu cũng như những tình

cảm tốt đẹp cho em trong suốt thời gian học tập tại Trường.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Phòng Đào tạo sau đại học -

Đại học Nông Lâm Thái Nguyên các thầy cô giáo đã tạo mọi điều kiện tốt

nhất về cơ sở vật chất cho chúng em được học và nghiên cứu.

Cuối cùng, em xin dành một tình cảm biết ơn đến gia đình và bạn bè,

những người đã luôn ở bên cạnh, động viên, chia sẻ cùng em trong suốt thời

gian học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ.

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017

Học viên

Nguyễn Nhật Hiếu

iii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Quy định mức giới hạn kim loại nặng trong đất .....................................6

Bảng 1.2. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao .................8

Bảng 1.3. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý

kim loại nặng trong đất............................................................................9

Bảng 1.4. Số lượng rơm tính theo các loại cây trồng ở Trung Quốc năm 2002..........18

Bảng 1.5. Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp.....................................................21

Bảng 1.6. Thành phần hóa học của vỏ trấu............................................................21

Bảng 1.7. Thành phần hóa học của tro bay theo Quốc gia ....................................23

Bảng 1.8. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu

khác nhau...............................................................................................24

Bảng 1.9. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 ...................................................25

Bảng 1.10. Phân bố kích thước hạt các phân đoạn tro bay Israel ...........................28

Bảng 1.11. Kích thước hạt tro bay thương phẩm.....................................................28

Bảng 1.12. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước.......................31

Bảng 1.13. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030.............31

Bảng 3.1. Nguồn tro bay của các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên .... 42

Bảng 3.2. Thành phần, tính chất của tro bay .........................................................43

Bảng 3.3. Phân tích mức độ ô nhiễm kim loại trong đất mỏ chì kẽm Làng Hích ...........44

Bảng 3.4. Lượng rơm rạ phát sinh trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên........................45

Bảng 3.5. Tiềm năng sản xuất than sinh học từ rơm rạ tại tỉnh Thái Nguyên .......46

Bảng 3.6. Thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ .................46

Bảng 3.7. Bảng kết quả phân tích thành phần của đất trước phân tích..................47

Bảng 3.8. Bảng kết quả các chỉ tiêu pH trong quá trình ủ Biochar, tro bay..........48

Bảng 3.9. Bảng kết quả các chỉ tiêu Eh trong quá trình ủ Biochar, tro bay ..........49

Bảng 3.10. Bảng kết quả các chỉ tiêu EC trong quá trình ủ Biochar, tro bay..........50

Bảng 3.11. Bảng kết quả các chỉ tiêu kim loại Pb, Zn, Cd (Tất cả kim loại

thuộc dạng di động) sau 90 ngày ủ Biochar, tro bay.............................51

iv

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Ước tính lượng rơm rạ ngoài đồng ruộng của một số tỉnh vùng

đồng bằng Sông Hồng. ..........................................................................18

Hình 1.2. Sự tương phản về kích thước tro bay ....................................................27

Hình 1.3. Biểu diễn đặc trưng dạng cầu của các hạt trong khoảng kích thước

thường thấy nhiều hơn...........................................................................27

Hình 1.4. Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF...............27

Hình 1.5. Biểu đồ sản lượng tro bay và phần trăm sử dụng tro bay ở Mỹ

từ 1966-2012.................................................................................. 29

Hình 1.6. Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử

dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008.............................................30

Hình 3.1. Sơ đồ hành chỉnh tỉnh Thái Nguyên......................................................40

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii

DANH MỤC BẢNG................................................................................................. iii

DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................iv

MỤC LỤC...................................................................................................................v

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1

2. Mục tiêu ..............................................................................................................2

3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ...............................................................2

3.1. Ý nghĩa khoa học.........................................................................................2

3.2. Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3

1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................3

1.1.1. Cơ sở khoa học .........................................................................................3

1.1.2. Thực tiễn đề tài.........................................................................................3

1.2. Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm KLN trong đất do khai thác khoáng sản ......4

1.2.1. Tại Việt Nam ............................................................................................4

1.2.2. Tại nước ngoài..........................................................................................5

1.2.3. Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng............................................................6

1.2.4. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm ....................................................7

1.3. Tổng quan về than sinh học ...........................................................................10

1.3.1. Than sinh học (TSH) là gì? ....................................................................10

1.3.2. Tổng quan những nghiên cứu về tính chất của TSH..............................10

1.3.3. Đặc điểm của TSH..................................................................................14

1.3.4. Khả năng ứng dụng của TSH .................................................................14

1.3.5. Sản xuất TSH..........................................................................................16

1.4. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp.....................................................17

1.4.1. Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh của phế phụ phẩm nông nghiệp.....17

1.4.2. Hiện trạng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và trong nước.......17

1.4.3. Tổng quan về một số loại phế phẩm nông nghiệp tại Việt Nam............19

vi

1.5. Tổng quan về tro bay .....................................................................................22

1.5.1. Tro bay là gì?..........................................................................................22

1.5.2. Tổng quan những nghiên cứu về tính chất của Tro bay.........................22

1.5.3. Đặc điểm của Tro bay.............................................................................26

1.5.4. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới.................29

1.5.5. Khả năng ứng dụng của tro bay trong nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm ....32

1.5.6. Tình hình nghiên cứu xử lý và ứng dụng tro bay ở Việt Nam ...............32

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................36

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................36

2.1.1. Đối tượng................................................................................................36

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................36

2.2. Nội dung nghiên cứu......................................................................................36

2.3. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................36

2.3.1. Cách tiếp cận ..........................................................................................36

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................37

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..............................................................40

3.1. Thực trạng việc khai thác khoáng sản và đất bị ô nhiễm KLN trên đất

khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên..................................................................40

3.2. Đánh giá nguồn nguyên liệu sản xuất than sinh học (biochar) và tro bay

tại tỉnh Thái Nguyên .............................................................................................42

3.2.1. Tình hình phát sinh và thành phần tính chất của tro bay nhà máy

nhiệt điện ..........................................................................................................42

3.2.2. Nguồn nguyên liệu rơm rạ và thành phần tính chất của than sinh

học sản xuất từ rơm rạ ......................................................................................44

3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của than hoạt tính, tro bay

trên đất sau khai khoáng .......................................................................................47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................54

1. Kết luận.............................................................................................................54

2. Kiến nghị...........................................................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56

PHỤ LỤC