Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của đất phù sa và đất bạc màu tại Hà Nội doc

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG
CỦA ĐẤT PHÙ SA VÀ ĐẤT XÁM BẠC MÀU TẠI HÀ NỘI
Bùi Thị Phương Loan
1
, Nguyễn Quang Hải
2
, Kazuhiko
Egashira
3

Summary
Heavy Metal Adsorption by Soils and Soil Components of Alluvial Soils
and Grey Degraded Soils in Hanoi, VIET AM
Heavy metal adsorption is considered as the most important mechanism for controlling the metal
concentration in soil. Heavy metals are bound to various soil components such as organic matter
(OM), free iron oxides (Fe
oxs
), and clay minerals (CMs). The present study is purposed to examine
the adsorption of heavy metals by soils and different adsorbing soil components of alluvial soils and
grey degraded soils in Hanoi.
Two surface soil samples were collected from each of soil types in Hanoi and examined for the
adsorption of three heavy metals (Cu, Pb and Zn) by the soils and their three adsorbing
components (organic matter, free iron oxides and clay minerals).
It was found that adsorption of heavy metals by the alluvial soil was distinctly larger than by the
grey degraded soil, and decreased in the sequence of Pb >> Cu > Zn for the former and of Pb >>
Zn > Cu for the latter.
Pb was adsorbed by all three components with the largest adsorbed amount. Zn was adsorbed
selectively by organic matter and clay minerals, while Cu was selectively by organic matter and
free iron oxides. The amount of heavy metals adsorbed per unit mass of soil components reduced
in the sequence of organic matter > clay minerals > free iron oxides for Pb and Zn and organic
matter > free iron oxides > clay minerals for Cu.

Keywords: Heavy metal, adsorption, alluvial soil, grey degraded soil, Hanoi - Vietnam.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hà Nội là thành phố chịu tác động mạnh
mẽ của quá trình công nghiệp hóa và đô thị
hoá. Bên cnh li ích thúc Ny phát trin
kinh t xã hi, vn  ô nhim môi trưng
trong ó có môi trưng t, nưc và không
khí ang gây tác ng không nh n i
sng và nn nông nghip ca th ô. Mt
trong nhng vn  rt áng ưc quan tâm
trong sn xut nông nghip ó là mc  ô
nhim các kim loi nng có ngun gc khác
nhau trong t ngày càng gia tăng, cn tr
quá trình sn xut nông sn an toàn.
Kh năng hp thu ca t ưc coi là
yu t quyt nh hay cơ ch quan trng
nht chi phi hàm lưng kim loi nng
trong t. Có nhiu thành phn khác nhau
ca t hp thu kim loi nng, trong ó
quan trng nht là cht hu cơ, ôxít st t
do và khoáng sét. Do ó, các loi t khác
nhau có th có kh năng hp thu khác nhau
i vi cùng mt kim loi nng.
Tuy nhiên cho n nay chưa có kt qu
nghiên cu c th nào v kh năng hp thu
kim loi nng trong các loi t và vai trò
ca mi thành phn t i vi kh năng
hp thu kim loi nng. Chính vì vy mc
1
Vin Môi trưng N ông nghip.

2
Vin Th nhưng N ông hóa.
3
Trưng i hc Kyushu - N ht Bn.
ích ca nghiên cu này nhm xác nh
ưc kh năng hp thu kim loi nng và các
thành phn ch yu trong t (t phù sa và
t xám bc màu) t ó giúp cho vic qun
lý và s dng hiu qu các vùng t trên
phc v sn xut nông sn an toàn.
II. VT LIU VÀ PHƯƠN G PHÁP
N GHIÊN CU
1. Mẫu đất và địa điểm lấy mẫu
t phù sa ca h thng sông Hng
(ưc bi t trm tích sông Hng và phn
phía trên ca Sông ung) ưc ly  xã
Minh Khai, huyn T Liêm và t xám bc
màu phát trin trên nn phù sa cũ ca h
thng sông Hng và t feralít ưc ly 
xã Phú Minh, huyn Sóc Sơn. C 2 mu t
u ưc ly trên nn canh tác lúa nưc và
gn ây là rau màu hoc lúa - màu
Mu ưc ly   sâu 0 - 15 cm, phơi
khô không khí và rây qua rây 2 mm. Các
tính cht lý hóa hc, khoáng sét và kh
năng hp thu kim loi nng ưc phân tích
ti Trưng i hc Tng hp Kyushu,
N ht Bn.
2. Xác định khả năng hấp thu của các
kim loại trong đất

Phương pháp th nghim trng thái cân
bng ng lot (batch equilibrium test)
ưc s dng  xác nh ưng ng nhit
mô t kh năng hp thu kim loi nng ca
t. ChuNn b dung dch mui nitrate ca
các kim loi nng  7 mc nng  khác
nhau i vi Pb, Cu và Zn bao gm: 50,
100, 250, 500, 1000, 1500 và 2000 mg/L
ChuNn b 7 b ng ly tâm 50 - mL, cân
chính xác 2,0 g t khô không khí vào các
ng ly tâm và thêm 20 mL các dung dch
trên. Lc hn hp trong vòng 24 gi  nhit
 trong phòng (25
o
C)  t n trng thái
cân bng v mt trao i, sau ó ly tâm vi
tc  2.000 vòng/phút trong vòng 15 phút
và tin hành lc mu. N ng  kim loi 
trng thái cân bng trong dung dch ưc
xác nh bng máy quang ph hp ph
nguyên t. Thí nghim ưc lp li 2 ln 
m bo  chính xác.
Lưng kim loi hp thu ưc tính theo
công thc:
q
a
=
m
)VC-(C
fi

Trong ó: Q
a
là lưng kim loi hp thu
trong 1 ơn v khi lưng t (mg/kg); C
i
là
nng  ban u (mg/L) ca dung dch
mui nitrate kim loi trưc khi thí nghim;
C
f
là nng   trng thái cân bng trao i
(mg/L) ca kim loi trong dung dch sau
khi thí nghim; V là th tích dung dch
mui nitrate kim loi (mL) và m là khi
lưng t (g) s dng trong thí nghim.
3. Xác định khả năng hấp thu kim loại
trong các thành phần đất
Mt b gm 3 mu cha 2,0 g t khô
ưc ánh s là M - 1, M - 2 và M - 3, trong
ó vi M - 1 ch cho 50 mL nưc  xác
nh lưng hp thu toàn b các thành phn
ca t, cho 50 mL H
2
O
2
7% vào M - 2 và M
- 3  loi b hu cơ, tip tc cho 2,0 g bt
hydrosulfite natri và 25 mL dung dch citrate
vào ng cha M - 3  loi b st t do.

ChuNn b 3 b, mi b gm 3 mu ưc
x lý như mô t  trên  dùng cho thí
nghim xác nh kh năng hp thu ca 3
kim loi nng Cu, Pb và Zn trong các thành
phn t (S dng mui nitrate ca tng
kim loi nng  nng  1500 ppm).
Lưng kim loi hp thu trong tng
thành phn t ưc tính theo công thc:
q
a
=
m
)VC-(C
fi

Trong ó: Lưng kim loi hp thu tính
ưc t M - 1, M - 2 và M - 3 ln lưt là q
a
-
1, q
a
- 2 và q
a
- 3. Trong ó q
a
- 1 tương ng
vi lưng kim loi hp thu bi toàn b các
thành phn ca t, lưng hp thu do cht
hu cơ ưc tính bng cách ly q
a

- 1 tr i q
a

- 2 và lưng hp thu do ôxít st t do bng q
a

- 2 tr q
a
- 3. Vì M - 3 ã ưc loi cht hu
cơ và ôxít st t do nên q
a
- 3 chính là lưng
hp thu kim loi nng ch yu do khoáng sét.
III. KT QU N GHIÊN CU VÀ
THO LUN
1. Một số tính chất lý hóa học của đất
Tính cht ca t phù sa như sau: PH
(H
2
O): 7,7; hàm lưng hu cơ: 17,2 g/kg;
ôxít st t do: 43,3 g/kg; sét (cp ht <
2 µm) trong phn khoáng: 17,2%; và khoáng
sét hot ng loi hình 2:1 (bao gm tng
hàm lưng mica, chlorite, vermiculite và
smectite): 63%. Các giá tr tương ng ca
t xám bc màu là: 5,7; 13,8 g/kg; 4,3 g/kg;
6,7% và 35% (bao gm tng hàm lưng
mica, chlorite, khoáng hn hp
mica/vermiculite/smectite ~ mica/smectite
và dng quá  chlorite - vermiculite).

2. Khả năng hấp thu kim loại nặng trong
đất phù sa và đất xám bạc màu
Kh năng hp thu ca mi mt kim loi
(Cu, Pb, Zn) trong t phù sa và t xám
bc màu ưc biu din bng ưng ng
nhit tuân theo mô hình Freudlich vi h s
tương quan rt cao.

Hình 1. Đường đẳng nhiệt biểu diễn khả năng hấp thu Cu, Pb, Zn của đất phù sa và đất
xám bạc màu (Đồ thị giữa lượng kim loại nặng hấp thu (q
a
10
- 1
) và nồng độ cân bằng (C
f
)
được xây dựng theo mô hình Freudlich)
Trong tt c các trưng hp, ti các
nng  ban u như nhau thì lưng hp
thu i vi bt kỳ kim loi nào trong t
phù sa cũng luôn cao hơn rõ rt so vi t
xám bc màu. iu này chng t kh
năng hp thu kim loi nng ca t phù sa
cao hơn nhiu so vi t xám bc màu.
Mc  chênh lch v lưng hp thu i
vi cùng 1 kim loi nng gia 2 loi t 
các nng  C
i
thp là không áng k,
nhưng  nng  C

i
cao hơn thì mc
chênh lch này cao hơn và ph thuc vào
các kim loi khác nhau: Cao nht là i
vi Pb, tip n là Cu và Zn.
C
f
(mg/L)
Alluvial soil
Pb
C
f
(mg/L)
Grey degraded soil
Cu
Zn
Pb
Zn
Cu

q
a
1
0
-
1

(
mg/
kg

)


q
a
1
0
-
1

(
mg/
kg
)

C
f
(mg/L)
Alluvial soil
Pb
C
f
(mg/L)
Grey degraded soil
Cu
Zn
Pb
Zn
Cu

q
a
1
0
-
1

(
mg/
kg
)


q
a
1
0
-
1

(
mg/
kg
)


Hình 2. Đường đẳng nhiệt biểu diễn khả năng hấp thu Cu, Pb và Zn trong đất phù sa và
đất xám bạc màu (Đồ thị giữa lượng kim loại nặng hấp thu (q
a
10

- 1
) và nồng độ cân bằng (C
f
)
được xây dựng theo mô hình Freudlich)
Kt qu hình 2 cho thy, kh năng hp
thu ca cùng 1 loi t i vi các kim loi
khác nhau là khác nhau. i vi t phù sa,
tc  hp thu ưc gi  mc cao trong khi
nng  cân bng còn li rt thp khi thí
nghim  các nng  C
i
t 50 - 100 mg/L
i vi Zn, 50 - 250 mg/L vi Cu và 50 -
1.000 mg/L vi Pb. iu này có nghĩa là gn
như toàn b lưng kim loi nng trong dung
dch ã b t hp thu ht và căn c vào
khong nng  C
i
ưc ghi nhn  trên thì
kh năng hp thu kim loi nng gim theo
th t Pb >> Cu > Zn. i vi t xám bc
màu thì tc  hp thu gim nhanh khi vưt
qua ngưng nng  C
i
là 50 mg/L i vi
Cu và Zn và 250 mg/L vi Pb. Tc  hp
thu ca Cu gim mnh hơn Zn nên  nng
 C
i

= 2.000 mg/L thì lưng Cu hp thu
thp hơn lưng Zn. Do ó kh năng hp thu
kim loi nng trong t xám bc màu gim
theo th t Pb >> Zn > Cu.
3. Khả năng hấp thu kim loại nặng trong
các thành phần hấp thu của đất
Kt qu cho thy ngưng hp thu ti a
ca cht hu cơ, ôxít st t do và khoáng
sét i vi Pb cao hơn so vi Cu và Zn.
Gia Cu và Zn thì lưng hp thu Zn ca
cht hu cơ và khoáng sét cao hơn Cu,
trong khi ó lưng hp thu Zn ca ôxít st
t do thp hơn nhiều. Như vậy khi trong đất
phù sa có hàm lượng ôxít sắt tự do cao thì
tổng lượng Cu hấp thu trong cả 3 thành
phần đất cao hơn so với Zn. Điều này trái
ngược so với đất xám bạc màu là loại đất có
hàm lượng ôxít sắt tự do thấp. Khoáng sét
có hàm lượng cao nhất trong 3 thành phần
hấp thu của đất nên lượng kim loại chúng
hấp thu chiếm tới 57,2 - 85,4% tổng lượng
hấp thu tùy thuộc vào loại đất và loại kim
loại nặng khác nhau. Chất hữu cơ hấp thu
14,0 - 40,5%, ngược lại ôxít sắt tự do chỉ
hấp thu lượng kim loại nhỏ hơn 10% so với
tổng lượng hấp thu, trừ trường hợp đối với
Cu trong đất phù sa (27,1%) (hình 3).
Lượng Cu, Pb và Zn hấp thu bởi 1 đơn
vị khối lượng hữu cơ và lượng Cu và Pb
hấp thu bởi 1 đơn vị khối lượng ôxít sắt tự

do trong đất phù sa cao hơn trong đất bạc
màu. Ngược lại, lượng kim loại nặng hấp
thu bởi 1 đơn vị khối lượng khoáng sét
trong đất xám bạc màu lại cao hơn trong đất
phù sa. Điều này có thể do sự khác nhau về
loại hình chất hữu cơ, dạng ôxít sắt tự do
hoặc thành phần khoáng sét giữa 2 loại đất.
Đất phù sa
Đất xám bạc màu
Liên quan n loi hình cht hp thu,
lưng hp thu gim theo th t cht hu cơ
> khoáng sét > ôxít st t do i vi Pb và
Zn và cht hu cơ > ôxít st t do > khoáng
sét i vi Cu.








Hình 3. Tỷ lệ phần trăm lượng hấp thu của một kim loại trong mỗi thành phần đất so với
tổng hấp thu trong thành phần đó
0%
20%
40%
60%
80%
100%

: ô
-
xít s
ắt tự do;

: Chất hữu cơ;
: khoáng sét

Cu

Pb

Zn Cu

Pb

Zn
Đ
ất xám bạc m
àu

Đ
ất ph
ù sa

T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
6
IV. KẾT LUẬN
1. Đất phù sa có pH, hàm lượng chất hữu cơ, ôxít sắt tự do, hàm lượng sét và khoáng
sét hoạt động loại hình 2:1 cao hơn so với đất xám bạc màu. Nhờ đó, khả năng hấp thu

kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) của đất phù sa cao hơn hẳn so với đất xám bạc màu. Trong
cùng 1 loại đất khả năng hấp thu có quan hệ với thuộc tính của kim loại và các thành
phần hấp thu của đất. Đối với đất phù sa, khả năng hấp thu kim loại nặng giảm theo thứ
tự Pb >> Cu > Zn, còn đối với đất xám bạc màu là Pb >> Zn > Cu.
2. Lượng kim loại nặng hấp thu bởi chất hữu cơ và khoáng sét giảm theo thứ tự Pb
>> Zn > Cu, bởi ôxít sắt tự do theo thứ tự Pb > Cu >> Zn. Trong khi đó, lượng Pb và Zn
hấp thu bởi 1 đơn vị khối lượng của thành phần đất giảm theo thứ tự chất hữu cơ >
khoáng sét > ôxít sắt tự do và lượng Cu giảm theo thứ tự chất hữu cơ > ôxít sắt tự do >
khoáng sét. Sự khác nhau về khả năng hấp thu mỗi kim loại bởi 1 đơn vị khối lượng
thành phần của đất phù sa và đất xám bạc màu là do sự khác biệt về loại hình chất hữu
cơ, dạng ôxít sắt tự do và thành phần khoáng sét của 2 loại đất này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Bradl, H.B. 2004. Adsorption of heavy metal ions on soils and soils constituents.
Journal of Colloid and Interface Science, 277: 1 - 18
2 Do, .H., Q.H. Trinh and K. Egashira, 2002. Mineralogy and clay degradation in
grey degraded soils of Vietnam. Clay Science, 11: 535 - 547
3 Egashira K., A. Kaieda, and Đo guyen Hai, 2002. General chemical fertility and
chemical processes of grey degraded soils as a problem soils in Vietnam. Journal of the
Faculty of Agriculture, Kyushu University, 47: 437 - 445
4 Ho Thi Lam Tra and K. Egashira, 2000. Heavy metal characterization of river
sediment in Hanoi, Vietnam. Communication in Soil Science and Plant analysis, 31:
2901 - 2916
5 guyễn Mạnh Khải, Phạm Quang Hà và I. Oborn, 2006. Phương pháp cân bng nguyên
t  ánh giá ri ro ô nhim môi trưng t: Mt nghiên cu v Cu và Zn trong t vùng
ngoi ô Hà Nội. Tạp chí Hội Khoa học Đất, 26: 112 - 118
6 guyen Quang Hai, Ho Thi Lam Tra, A.Z.M. Moslehuddin and K. Egashira, 2007. Clay
mineralogy of alluvial soils and grey degraded soils derived from the same river sediment
in the Red River Delta, northern Vietnam. Clay Science, in press
7 guyen Quang Hai and K. Egashira, 2005a. Particle - size distribution and free iron
oxides of alluvial soils from different agro - ecological regions in Vietnam. Journal of the

Faculty of Agriculture, Kyushu University, 50: 243 - 254
8 guyen Quang Hai and K. Egashira, 2005b. Clay mineralogical composition of alluvial
soils from different river systems/agro - ecological regions in Vietnam in reference to
origin, regional distribution and soil quality. Clay Science, 12: 349 - 360
gười phản biện: guyễn Hồng Sơn