Công nghiệp khai thác khoáng sản và luyện kim là một trong những ngành công nghiệp có tỷ trọng tăng trưởng kinh tế cao. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này luôn phát sinh nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường sinh thái khá trầm trọng. Hàng năm các mỏ khai thác than vùng Quảng Ninh xả thải ra môi trường khoảng trên 100 triệu mét khối nước thải. Nước thải từ quá trình tuyển khoáng và luyện kim thường bị ô nhiễm bởi độ pH thấp, hàm lượng cặn lơ lửng cao và đặc biệt có hàm lượng các kim loại nặng độc hại vượt tiêu chuẩn xả thải cho phép.

Tại các mỏ than và chế biến khoáng sản của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam hiện 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. 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, việc xử lý tiêu tốn nhiều hóa chất và quy trình xử lý phức tạp cần chia thành nhiều bậc như: 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.

Những năm vừa qua, công nghệ vật liệu 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. Các chủ trương, chính sách, quan điểm của Đảng và Nhà nước về phát triển công nghệ vật liệu mới-công nghệ nano được thể hiện tại Quyết định số 17/2001/QĐ-BKHCNMT ngày 11/06/2001 của Bộ trưởng Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (nay là Bộ KH&CN).

Trải qua 3 giai đoạn, từ năm 2011 đến năm 2020, Bộ KH&CN đã ban hành các Quyết định phê duyệt danh mục các Chương trình KH&CN trọng điểm cấp nhà nước, “Chương trình “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ vật liệu mới”

 Trước tình trạng ô nhiễm nước thải ngày càng tăng, gây sức ép lớn tới môi trường và đe dọa sức khỏe con người, nhiều biện pháp xử lý nước thải đã được áp dụng, trong đó phổ biến nhất là công nghệ vi sinh. Mặc dù có ưu điểm thân thiện với môi trường song việc xử lý nước thải công nghiệp bằng công nghệ vi sinh còn không ít bất cập đó là chủ yếu mới xử lý được chất thải hữu cơ; khả năng xử lý nhiều chất ô nhiễm cùng lúc chưa cao; một số loại cần nguồn điện liên tục để đảm bảo vi sinh vật phát triển ổn định…

Nhận thấy hạn chế này, TS. Lê Bình Dương, Viện Khoa học công nghệ mỏ – Vinacomin đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano sắt để xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao”. Đề tài được cho là góp phần quan trọng 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.

Cụ thể, 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; 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. Nhóm nghiên cứu 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 và phân tích chi phí vận hành xử lý nước thải.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng 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 trọng 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.

Nhóm nghiên cứu cho biết, đối với nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao như sắt, man gan, đồng, chì.v.v. hiện trên thế giới phổ biến với 2 dạng vật liệu xử lý chính là: vật liệu hấp phụ và màng lọc nano. Hiện nay màng lọc nano được ứng dụng tương đối rộng rãi với sự đa dạng của các loại cấu trúc màng lọc, được sử dụng trong cả xử lý nước thải công nghệ, nước thải sinh hoạt và nước sinh hoạt.

Tuy nhiên với các trạm xử lý quy mô lớn, chi phí đâu tư ban đầu tương đối lớn, do công nghệ lọc bằng màng đòi hỏi khả năng kiểm soát chặt chẽ, khả năng tự động hóa cao, chi phí đầu tư màng lọc lớn. Ngoài ra, chi phí vận hành là vấn đề cần cân nhắc khi sử dụng công nghệ này, do chi phí thay thế lớn, thời gian thay thế hệ thống màng lọc cũng phục thuộc rất nhiều vào tính chất ô nhiễm của nguồn thải.

Đối với loại vật liệu hấp phụ được ứng dụng ngày nay, có thể kể đến vật liệu nano sắt hóa trị không. Sắt hoá trị không là sắt ở dạng kim loại nguyên tố. Các hạt nano của sắt hoá trị không có khả năng khử các phân tử hữu cơ có hại, khử trùng và loại bỏ kim loại nặng trong nước.

Chế phẩm tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 trên nền vật liệu nano sắt với kích thước nanomet thì các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt sẽ trở nên quan trọng, làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Kích thước nhỏ tạo cho vật chất có thêm những đặc tính mới làm biến đổi các chất độc hại có trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và có khả năng tách ra khỏi nước.

Hiện quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ nano sắt đã được nhóm nghiên cứu phát triển và đưa vào trong hệ thiết bị thử nghiệm với quy mô nhỏ đã cho bước đầu cho kết quả tốt. Khi xử lý triệt để nước thải được lấy từ các mỏ than, quặng trong nước cho nước thải cuối cùng có thể tái sử dụng làm nước tưới.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy kim loại màu như kẽm, thiếc, đồng với hàm lượng các kim loại nặng cao, lượng nước thải có thể xử lý lên tới 1000 -1500 m3/ngày đêm với chi phí ước tính chỉ khoảng 2800 đồng cho mỗi m3 nước thải.

Hệ thống xử lý nước thải cửa lò +38.I và cửa lò giếng +40 – mỏ than Dương Huy

Khoa học và Công nghệ đã trở thành yếu tố cốt lõi đối với bất kì quốc gia nào trên thế giới nếu muốn phát triển nhanh, vững chắc. Không nằm ngoài xu hướng tất yếu, KH&CN đã trở thành quốc sách hàng đầu, là nền tảng và động lực của công nghiệp hóa, hiện đại hóa tại Việt Nam.

Thời gian qua, Bộ KH&CN đã chủ trì, phối hợp với các bộ, ngành, địa phương trình Chính phủ ban hành các văn bản quy định cơ chế khuyến khích, hỗ trợ hoạt động liên kết công – tư thực hiện các dự án đầu tư đổi mới công nghệ, xác lập quyền sở hữu công nghiệp, công nhận, đăng ký lưu hành sản phẩm mới, công nghệ mới cho tổ chức, cá nhân thương mại hóa kết quả nghiên cứu. Từ đây thị trường KH&CN đã bước đầu phát huy vai trò cầu nối, gắn kết hoạt động KH&CN với sản xuất, kinh doanh.

Thị trường công nghệ Nano Việt Nam, tuy khá khiêm tốn, nhưng từ năm 1998 đã bắt đầu có những đầu tư cho nghiên cứu công nghệ nano. Đến nay, nhiều kết quả nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano được công bố từ các đơn vị như Trung tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao TP. HCM), Viện Vật liệu (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), ĐH Khoa học Tự nhiên Hà Nội, ĐH Khoa học Tự nhiên TP. HCM, ĐH Bách khoa Hà Nội, ĐH Bách khoa TP. HCM ĐH Sư phạm Hà Nội…… Các phòng thí nghiệm công nghệ nano được thành lập nhằm tăng cường năng lực R&D ứng dụng công nghệ nano như Phòng Thí nghiệm Công nghệ nano (Đại học Quốc gia TP. HCM), Phòng Thí nghiệm Công nghệ micro và nano (Đại học Công nghệ).

Song song với các đơn vị nghiên cứu, khối doanh nghiệp cũng đã mạnh dạn ứng dụng công nghệ nano trong sản xuất như:

  • Các nhà khoa học Viện Hóa học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã chế tạo thành công nano curcumin chiết xuất từ củ nghệ vàng và chuyển giao nguồn nguyên liệu quý này cho Công ty Dược Mỹ phẩm CVI kết hợp với Đại học Dược Hà Nội và Công ty Cổ phần Dược phẩm Mediplantex cho ra thị trường sản phẩm CurmarGold có tác dụng phòng ngừa và hỗ trợ điều trị ung thư, viêm loét dạ dày tá tràng, bệnh lý gan mật và một số bệnh mạn tính.
  • Trung tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao TP. HCM) phối hợp Công ty Mori A Phương Vy đưa hạt nano titandioxit và nano vàng vào các sản phẩm làm đẹp da.
  • Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo Thiết kế vi mạch (Đại học Quốc gia TP. HCM) hợp tác với Trung tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu công nghệ cao TP. HCM), với sự đầu tư của Sở KH&CN TP.HCM, đã chế tạo thành công chip sinh học vi cân tinh thể thạch anh QCM (Quatzt Crystal Microbalance), biochip này cho phép phát hiện nhanh phẩy khuẩn tả.
  • Sản phẩm silicate nano tách ra từ vỏ trấu được dùng để tổng hợp colloidal do PGS. TS. Nguyễn Thị Hòe (Chủ tịch Tập đoàn Sơn Kova) sáng chế được dùng cho nhiều lĩnh vực như sơn, chống thấm, mỹ phẩm, dược phẩm, vi tính… Và các loại sơn nano đặc biệt được làm từ vỏ trấu như Sơn chống đạn – Sơn chống cháy – Sơn kháng khuẩn đã được Tập đoàn Sơn Kova giới thiệu ra thị trường.
  • Công ty TNHH Sinh hóa Môi trường Bình Lan giới thiệu sản phẩm nano bạc làm nguyên liệu cho các ngành sản xuất phân bón và thuốc nông nghiệp, sơn, mỹ phẩm, dược phẩm,…tại Techmart “Sáng chế và kết quả nghiên cứu sẵn sàng chuyển giao” trong tháng 7/2015 tại Sàn Giao dịch công nghệ TP. HCM.

Truyền thông chương trình 2075