Nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất bằng cây sậy (phragmites australis) tại một số khu vực khai thác khoáng sản tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM



HOÀNG THỊ MAI ANH


NGHIÊN CỨU XỬ LÝ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG
TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT BẰNG CÂY SẬY
(PHRAGMITES AUSTRALIS) TẠI MỘT SỐ
KHU VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN
TỈNH THÁI NGUYÊN


Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐÀM XUÂN VẬN



THÁI NGUYÊN - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.

Người thực hiện



Hoàng Thị Mai Anh





ii

LỜI CẢM ƠN

Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong
môi trường đất bằng cây Sậy (Phragmites australis) tại một số khu vực
khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên”, được hoàn thành với sự hướng
dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS Đàm Xuân Vận, người thầy đã theo
sát, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu
và thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại học Nông lâm - Đại học
Thái Nguyên, khoa Sau đại học; các thầy, cô trong khoa chuyên môn đã quan
tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo UBND thị trấn Trại Cau, huyện
Đồng Hỷ, UBND xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên cùng các
ban ngành, đoàn thể đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp thông tin và

đóng góp rất nhiều ý kiến hay cho đề tài nghiên cứu này.
Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, người thân và bạn
bè đã quan tâm, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong quá trình thực
hiện luận văn.
Do thời gian và lượng kiến thức có hạn nên đề tài của tôi không tránh
khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các
bạn để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.

Người thực hiện



Hoàng Thị Mai Anh


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2. Mục tiêu của đề tài 2

2.1. Mục tiêu tổng quát 2

2.2. Mục tiêu cụ thể 2
3. Ý nghĩa của đề tài 2

3.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học 2

3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn 3

Chương 1 4
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 4

1.1.1. Cơ sở lý luận 4

1.1.1.1. Một số khái niệm 4

1.1.1.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng 5

1.1.2. Cơ sở thực tiễn 8

1.1.2.1. Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN 8

1.1.2.2. Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm 9

1.1.3. Cơ sở pháp lý 10

1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất 11
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất 11
1.2.1.1. Ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản 11
1.2.1.2. Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất 12

1.2.2. Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất 14

1.3. Thực trạng khai thác khoáng sản tại Việt Nam và trên thế giới 16


iv

1.3.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới và các vấn đề môi trường
liên quan 16

1.3.2. Hoạt động khai thác khoáng sản ở Việt Nam 20

1.3.2.1. Tình hình hoạt động khai thác khoáng sản 20

1.3.2.2. Các hình thức khai thác, chế biến khoáng sản 21

1.4. Hiện trạng khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 24
1.4.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái nguyên 24

1.4.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường từ hoạt động khai thác khoáng sản trên

địa bàn tỉnh Thái Nguyên 29

1.5. Tổng quan về loài thực vật nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng của chúng
trong bảo vệ môi trường 33

1.5.1. Đặc điểm của loài thực vật nghiên cứu 33

1.5.2. Một số tiềm năng ứng dụng công nghệ thực vật trong cải tạo đất ô
nhiễm kim loại nặng trên Thế giới và ở Việt Nam 35

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 38

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu. 38

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu. 38

2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 38

2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 38

2.2.2. Thời gian nghiên cứu 38

2.3. Nội dung nghiên cứu 38

2.4. Phương pháp nghiên cứu 39

2.4.1. Phương pháp kế thừa 39

2.4.2. Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu 39

2.4.3. Phương pháp điều tra lấy mẫu đất và mẫu thực vật 39

2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 39

2.4.4.1. Bố trí thí nghiệm tại bãi đổ thải Mỏ thiếc Hà Thượng. 40

2.4.4.2. Bố trí thí nghiệm tại khu đất bãi thải Mỏ sắt Trại Cau 40

2.4.5. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 41

2.4.6. Phương pháp so sánh 41

2.5. Các chỉ tiêu theo dõi 41

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

v

3.1. Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất tại các khu vực nghiên cứu trước
khi trồng cây Sậy 42

3.1.1. Độ pH trong đất tại các khu vực nghiên cứu 42

3.1.2. Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất tại các khu vực nghiên cứu 43

3.2. Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của Sậy trên đất sau khai thác
khoáng sản tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt Trại Cau 47
3.2.1. Khả năng sinh trưởng và phát triển về chiều cao cây 47

3.2.2. Khả năng sinh trưởng và phát triển về chiều dài lá 51

3.3. Khả năng hấp thụ kim loại nặng trong thân lá và rễ của cây Sậy tại các khu
vực nghiên cứu 57

3.3.1. Khả năng tích lũy As trong cây Sậy tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt
Trại Cau 60

3.3.2. Khả năng tích lũy Pb trong cây Sậy tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt
Trại Cau 61

3.3.3. Khả năng tích lũy Cd trong cây Sậy tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt
Trại Cau 62

3.3.4. Khả năng tích lũy Zn trong cây Sậy tại Mỏ thiếc Hà Thượng và Mỏ sắt
Trại Cau 64

3.4. Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng KLN trong đất sau khi trồng cây
Sậy 65

3.4.1. Hàm lượng As còn lại trong đất sau khi trồng cây Sậy 67

3.4.2. Hàm lượng Pb còn lại trong đất sau khi trồng cây Sậy 69

3.4.3. Hàm lượng Cd còn lại trong đất sau khi trồng cây Sậy 70

3.4.4. Hàm lượng Zn còn lại trong đất sau khi trồng cây Sậy 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75
1. Kết luận 75

2. Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
I. Tiếng Việt 77

II. Tài liệu nước ngoài 79

III. Tài liệu từ Internet 80


vi

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
DNTN : Doanh nghiệp tư nhân
CNH - HĐH : Công nghiệp hóa - hiện đại hóa
CT : Công thức
CP : Cổ phần
HTX : Hợp tác xã
KL : Kim loại
KLN : Kim loại nặng
KH mẫu : Ký hiệu mẫu
NL : Nhắc lại
NĐ-CP : Nghị định Chính phủ
ÔTC : Ô tiêu chuẩn
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
TT : Thông tư
TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

TBVTV : Thuốc bảo vệ thực vật
TNHH : Trách nhiệm hữu hạn
UBND : Ủy ban nhân dân


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG


Bảng 1.1. Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình tại
Úc 11
Bảng 1.2. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất 12
Bảng 1.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị 13
Bảng 1.4. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp 14
Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm đất ở Úc và New Zealand 15
Bảng 1.6: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các
nước phát triển 15
Bảng 1.7: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng một số KLN trong đất 16
Bảng 1.8. Khối lượng khai thác bô xít trên thế giới 17
Bảng 1.9. Quy mô khai thác một số mỏ sắt lộ thiên lớn 21
Bảng 1.10. Trữ lượng các mỏ sắt trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 25
Bảng 1.11: Đặc điểm thực vật học của cây Sậy (Phragmites australis) 34
Bảng 3.1. Các yếu tố môi trường đất tại các khu vực nghiên cứu trước khi
trồng cây 42
Bảng 3.2. Sự biến động về chiều cao cây Sậy trong thời gian thí nghiệm tại
bãi thải Mỏ thiếc Hà Thượng 48
Bảng 3.3. Sự biến động về chiều cao cây Sậy trong thời gian thí nghiệm tại
bãi thải Mỏ sắt Trại Cau 49
Bảng 3.4. Sự biến động về chiều dài lá cây Sậy trong thời gian nghiên cứu tại

Mỏ thiếc Hà Thượng sau 8 tháng 52
Bảng 3.5. Sự biến động về chiều dài lá cây Sậy trong thời gian nghiên cứu ở
bãi thải Mỏ sắt Trại Cau sau 8 tháng 53
Bảng 3.6. Chiều dài rễ cây Sậy sau khi trồng 4 và 8 tháng 55
Bảng 3.7. Hàm lượng KLN tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Sậy tại Mỏ thiếc
Hà Thượng sau 8 tháng trồng cây 58
Bảng 3.8. Hàm lượng KLN tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Sậy tại Mỏ
sắt Trại Cau sau 8 tháng trồng cây 59
Bảng 3.9. Hàm lượng KLN còn lại trong đất sau khi trồng Sậy tại Mỏ thiếc
Hà thượng và Mỏ sắt Trại Cau 66

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH


Hình 1.1. Sơ đồ hoạt động tổng quát của dự án khai thác mỏ 23
Hình 3.1. Nồng độ pH trong đất tại khu vực nghiên cứu 43
Hình 3.2. Hàm lượng As trong đất tại khu vực nghiên cứu 44
Hình 3.3. Hàm lượng Pb trong đất tại khu vực nghiên cứu 45
Hình 3.4. Hàm lượng Cd trong đất tại khu vực nghiên cứu 45
Hình 3.5. Hàm lượng Zn trong đất tại khu vực nghiên cứu 46
Hình 3.6. Sự biến động về chiều cao cây Sậy sau 8 tháng trồng cây 50
Hình 3.7: Sự biến động về chiều dài lá cây Sậy sau 8 tháng trồng cây 54
Hình 3.8: Chiều dài rễ cây Sậy sau khi trồng 4 tháng và 8 tháng 56
Hình 3.9: Hàm lượng As tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng cây
60
Hình 3.10: Hàm lượng Pb tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng
cây 61
Hình 3.11. Hàm lượng Cd tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng

cây 62
Hình 3.12. Hàm lượng Zn tích lũy trong thân, lá cây Sậy sau 8 tháng trồng
cây 64
Hình 3.13. Hàm lượng As còn lại trong đất sau khi trồng Sậy 67
Hình 3.14. Hàm lượng Pb còn lại trong đất sau khi trồng Sậy 69
Hình 3.15. Hàm lượng Cd còn lại trong đất sau khi trồng Sậy 70
Hình 3.16. Hàm lượng Zn còn lại trong đất sau khi trồng Sậy 72

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của
đất nước và trong điều kiện mở cửa của kinh tế thị trường, các hoạt động khai
thác khoáng sản đang được khai thác với quy mô ngày càng lớn. Công nghiệp
khai thác Khoáng sản đã có nhiều đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế -
xã hội, góp phần tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nước. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích đạt được, ngành khai thác khoáng
sản cũng đang đối mặt với những hậu quả nặng nề về sự suy giảm chất lượng
môi trường xung quanh. Hoạt động khai thác khoáng sản đã làm phá vỡ cân
bằng sinh thái được xác lập từ hàng ngàn năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với
môi trường và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách.
Có nhiều cách để giải quyết vấn đề ô nhiễm đất do kim loại nặng
(KLN). Song có hai hướng chính là ngăn chặn xảy ra ô nhiễm mới và phục
hồi đất đã bị ô nhiễm. Việc phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng hiện nay
bằng biện pháp sinh học đang là một kỹ thuật đầy triển vọng. Trên thế giới
việc sử dụng các loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN để xử lý phục hồi đất
bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ biến được ứng dụng ngày càng nhiều và
đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Theo thống kê có

khoảng 400 loài cây thuộc 45 họ thực vật có khả năng siêu tích lũy kim loại
nặng. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu dùng thực vật trong xử lý đất bị ô nhiễm
cũng đã được thực hiện và áp dụng trên thực tế đối với một số loài cây như:
Cỏ Vetiver, dương xỉ, cải xoong,…
Qua các nghiên cứu khoa học về thực vật xử lý ô nhiễm môi trường
trên thế giới và ở Việt Nam các nhà khoa học phát hiện Sậy là một loại cây có
khả năng tồn tại và hấp thụ các kim loại nặng như Zn, Pb, As, Cd, trong
nước thải và đã được ứng dụng trong xử lý nước thải ở một số bệnh viện, mỏ
2

khai thác khoáng sản ở nước ta,… Còn ở trong môi trường đất bị ô nhiễm
KLN cây Sậy sẽ sinh trưởng và hấp thụ KLN như thế nào?
Xuất phát từ thực tế trên, cùng với sự thành công nghiên cứu sự tích lũy
KLN trong thân, lá và rễ cây dương xỉ tại mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng Hỷ
[13], đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất,
tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng
trong môi trường đất bằng cây Sậy (Phragmites australis) tại một số khu
vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên”. Đề tài được thực hiện dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Vận.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng (As, Cd, Pb, Zn) tại
một số khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên bằng cây Sậy.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong môi trường đất tại một số khu
vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên.
- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây Sậy trong môi
trường đất bị ô nhiễm KLN.
- Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của các bộ phận trên cây
Sậy để xử lý ô nhiễm KLN trong đất tại khu vực nghiên cứu.

3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học
Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ
KLN của cây Sậy. Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất
dưới khả năng hấp thụ KLN của cây Sậy. Đồng thời kết quả nghiên cứu đóng
góp, làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thực vật xử lí ô
nhiễm - công nghệ được đánh giá rất cao ở các nước phát triển, nhưng vẫn
đang còn mới mẻ tại Việt Nam.
3

3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
Đề tài xác định tính khả thi của việc ứng dụng cây Sậy để cải tạo đất ô
nhiễm tại Thái Nguyên. Đây là những cơ sở khoa học cho việc lựa chọn loài
thực vật có khả năng ứng dụng trong công cuộc bảo vệ tài nguyên và môi
trường, cũng như tăng cường nghiên cứu các ứng dụng các công nghệ thân
thiện với môi trường theo tinh thần chủ trương chung của đất nước ta trong
thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.

4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1.1. Một số khái niệm
* Khái niệm về kim loại nặng (KLN)
Có hai quan điểm chính về KLN:
Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các kim loại có tỉ
trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As

(d=5,72), Zn (d=7,10) Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố
cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Zn Các nguyên tố này cây trồng
cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây
độc cho cây trồng [12].
Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các
vấn đề môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn,
As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên
tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư
thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [12].
* Ô nhiễm môi trường đất do KLN
Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có
một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất
là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có
thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông
nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất
thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí
quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo và các chất phóng xạ. Nguồn rác
5

thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp
phần làm ô nhiễm đất. [7], [12]
* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN
Sự tích tụ các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng
hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng vật nuôi và gián tiếp gây ảnh
hưởng xấu tới sức khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều
bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư [10].
1.1.1.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng
Tính độc của kim loại nặng đã được khẳng định từ lâu nhưng không
phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người. Độ

độc và không độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim
loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố
hoá học, vật lý cũng như sinh vật. Một số các kim loại như Pb; Cd; Hg khi
được cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một
số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp Trong tự nhiên kim loại nặng thường
tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng
liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng
gấp 5 lần khi ở dạng tự do [20].
Độc tính của một số kim loại nặng:
* Tính độc của Arsenic (As):
- Đối với cây trồng: Arsenic được nhiều người biết đến do tính độc của
một số hợp chất có trong nó. Sự hấp thụ As của nhiều cây trồng trên đất liền
không quá lớn, thậm chí ở đất trồng tương đối nhiều As, cây trồng thường
không có chứa lượng As gây nguy hiểm. As khác hẳn với một số kim loại
nặng bình thường vì đa số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ.
Lượng As trong các cây có thể ăn được thường rất ít. Sự có mặt của As trong
đất ảnh hưởng đến sự thay đổi pH, khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trở
nên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác
6

nhau như Fe, Al. Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển
động trong nước hay làm đổi màu của lá kéo theo sự chết lá cây, hạt giống thì
ngừng phát triển. Cây đậu và những cây họ Đậu (Fabaceae) rất nhạy cảm đối
với độc tố As.
- Đối với con người: Khi lượng độc tố As vượt quá ngưỡng, nhất là trong
thực vật, rau cải thì sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, nhiều hơn sẽ gây ngộ
độc. Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư bàng quang,
thận, gan và phổi. As còn gây ra những chứng bệnh tim mạch như cao huyết áp,
tăng nhịp tim và các vấn đề thần kinh. Đặc biệt, khi uống nước có nhiễm As cao
trong thời gian dài sẽ gây hội chứng đen da và ung thư da.

* Tính độc của Kẽm (Zn):
- Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi
Zn tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự
tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư lượng
Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi
trường mà đặc biệt là môi trường đất.
- Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các
chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn
thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên
tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày. Trong máu,
2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức
chất với λ -macroglobin. Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ
độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Sự
thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh
hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.
* Tính độc của Chì (Pb):
- Đối với cây trồng: Pb xuất hiện rất tự nhiên trong tất cả các thực vật,
nó không đóng vai trò quan trọng nào trong quá trình trao đổi chất. Pb có ảnh
7

hưởng độc trong một số quá trình như quang hợp, sự phân bào, sự hút nước,
tuy nhiên dấu hiệu độc trong thực vật là không đặc trưng. Pb có ảnh hưởng
đến tính co dãn và đàn hồi của màng tế bào, kết quả làm cứng màng tế bào.
Sự biến động hàm lượng Pb trong thực vật bị tác động bởi một số nhân tố môi
trường như là quá trình địa hóa, ô nhiễm, thay đổi màu và khả năng di truyền.
Hàm lượng Pb dễ tiêu tăng ở vùng không bị ô nhiễm dao động trong khoảng
0,001 - 0,08 mg/kg (trọng lượng tươi) hoặc 0,05 - 3 mg/kg (trọng lượng khô).
- Đối với con người: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con
người. Pb gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác
động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc Pb sẽ

bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể
bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng
có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, Pb ít bị
đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc.
Ở trong máu nếu nồng độ Pb cao quá 0,8 mg/kg có thê gây nên hiện
tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin. Nếu nồng độ Pb trong máu nằm ở 0,5 -
0,8 mg/kg gây ra rối loạn chức năng thận và phá hủy não. [9], [20]
* Tính độc của Cadimi (Cd):
- Đối với cây trồng: Rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích
luỹ Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích luỹ
một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm
thấy tích luỹ Cd khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt
giống nhau. Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận
khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này
sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây. Tuy nhiên, trong rau diếp,
cà rốt, cây thuốc lá, khoai tây, Cd được chứa nhiều nhất trong lá. Trong cây
đậu nành, 2% Cd được tích luỹ hiện diện trong lá và 8% ở các chồi. Cd trong
mô cây thực phẩm là một yếu tố quan trọng trong việc giải quyết sự tích luỹ
8

chất Cd trong cơ thể con người. Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây
ra thông tin sai lệch của quần thể.
- Đối với con người: Cd trong môi trường thường không độc hại nhiều
nhưng nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính
của nó ở trong thận. Ở đây, nó có thể gây ra rối loạn chức năng nếu tập trung
ở trong thận lên trên 200mg/kg trọng lượng tươi. Thức ăn là con đường chính
mà Cd đi vào cơ thể, nhưng việc hút thuốc lá cũng là nguồn ô nhiễm kim loại
nặng, những người hút thuốc lá có thể thấm vào cơ thể lượng Cd dư thừa từ
20 - 35 µg Cd/ngày. Cd đã được tìm thấy trong protein mà thường ở trong các
khối của cơ thể và những protein này có thể tìm thấy trong nấm, đậu nành, lúa

mì, cải bắp và các loại thực vật khác. Cd là một kim loại nặng có hại, vào cơ
thể qua thực phẩm và nước uống, Cd dễ dàng chuyển từ đất lên rau xanh và
bám chặt ở đó. Khi xâm nhập vào cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận. Nhiều công
trình nghiên cứu cho thấy Cd gây chứng bệnh loãng xương, nứt xương, sự
hiện diện của Cd trong cơ thể sẽ khiến việc cố định Ca trở nên khó khăn.
Những tổn thương về xương làm cho người bị nhiễm độc đau đớn ở vùng
xương chậu và hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi
cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này. [9]
1.1.2. Cơ sở thực tiễn
1.1.2.1. Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN
Trước hiện tượng ô nhiễm môi trường đất, nước đang diễn ra ngày càng
trầm trọng như hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một số
biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường để bảo vệ nguồn tài nguyên
vô cùng quan trọng của trái đất. Hiện nay các phương pháp giảm thiểu ô
nhiễm khá phong phú như các phương pháp kết tủa, xa lắng, hấp phụ, trao đổi
ion, chiết. Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trường đất,
nước đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam
mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu. [12], [17]
9

Để xử lý ô nhiễm môi trường, ngoài các kỹ thuật lý hoá nói chung khá
nặng nề và tốn kém, một xu hướng mới trên thế giới là sử dụng sinh vật sống
để giải độc trong môi trường đất và nước.
Phương pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi
trường có nồng độ KLN cao và tạo ra các sản phẩm ít có khả năng tích luỹ
KLN cũng là một trong những chiến lược quản lý và giảm thiểu sự tác động
của KLN đến cây trồng. [17]
Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ
loại cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại KLN. Xu hướng
hiện nay các nhà thực vật đi theo hướng lựa chọn các loại thực vật dễ

trồng, chi phí thấp, có khả năng chịu được nồng độ ô nhiễm cao và nhất là
có khả năng làm sạch môi trường với thời gian ngắn. [18]
1.1.2.2. Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm
Cây có khả năng siêu tích luỹ lưu trữ kim loại trong các cấu trúc hiển vi
của tế bào cây, gọi là các không bào. Không bào là các cấu trúc được sắp xếp
thành màng, có tác dụng bảo vệ phần còn lại của tế bào chống lại tác động
độc tính của kim loại.
Các nhà khoa học quan tâm đến việc sử dụng thực vật siêu tích luỹ kim
loại như là một công cụ làm sạch các vùng bị ô nhiễm. Họ tin rằng đất ô
nhiễm KLN hoặc chất phóng xạ có thể được làm sạch bằng cách sử dụng các
loài cây có khả năng hấp thụ những chất này. Quy trình này gọi là cải tạo sinh
học, cụ thể hơn nếu dùng thực vật để cải tạo thì gọi là cải tạo bằng thực vật.
Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể dùng để xử lý các chất như KLN,
thuốc trừ sâu, dung môi, thuốc súng, dầu mỏ, các hợp chất hữu cơ đa vòng
thơm, nước rỉ rác, nước thải nông nghiệp, chất thải khai khoáng và các chất ô
nhiễm phóng xạ [12].
Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất có thể sử dụng trên quy mô rộng,
trong khi các công nghệ khác không thực hiện được; là công nghệ xanh, thân
10

thiện với môi trường, tạo ra sự thẩm mỹ nên cộng đồng dễ chấp nhận. Công
nghệ thực vật không đòi hỏi các dụng cụ đắt tiền, các chuyên gia có trình độ
cao và tương đối dễ dàng thực hiện. Nó có khả năng xử lý thường xuyên ở
một vùng rộng lớn với nhiều chất ô nhiễm khác nhau. Tuy nhiên ưu điểm lớn
nhất của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là chi phí thấp hơn so với các công
nghệ thông thường [25].
Việc kết hợp các cơ chế khác nhau để xử lý ô nhiễm môi trường được
cho là có tính khả thi nhất.
1.1.3. Cơ sở pháp lý
- Luật Bảo vệ môi trường 2005 được Quốc hội nước cộng hòa xã hội

chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 29/11/2005 và chính thức có hiệu lực
ngày 01/07/2005.
- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/-2006 của chính phủ về
việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi
trường 2005;
- Nghị định số 21/2008/NĐ- CP ngày 28 tháng 02 năm 2008 của Chính
phủ sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ- CP ngày 09
tháng 08 năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi
hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005.
- Luật Khoáng sản số: 60/2010/QH12 của Quốc hội nước Cộng hòa xã
hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 17/11/2010.
- Chỉ thị số 02/CT-TTg ngày 09/01/2012 của Thủ tướng Chính phủ về
tăng cường công tác quản lý nhà nước đối với các hoạt động thăm dò, khai
thác, chế biến, sử dụng và xuất khẩu khoáng sản.
- Chỉ thị số 15/CT-UBND ngày 21/5/2012 của UBND tỉnh Thái
Nguyên về việc tăng cường công tác quản lý nhà nước đối với các hoạt động
khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
- Quyết định số 09/2012/QĐ-UBND ngày 21/5/2012 của UBND tỉnh
Thái Nguyên về việc ban hành Đề án “Tăng cường công tác quản lý nhà nước
về khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015”.
11

- Quyết định số 18/2013/QĐ-TTg ngày 29/3/2013 của Thủ tướng Chính
phủ về việc cải tạo, phục hồi môi trường và ký quỹ cải tạo, phục hồi môi
trường đối với hoạt động khai thác khoáng sản;
- Quyết định số 04/2008/QĐ - BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về môi trường của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- QCVN 03: 2008/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn
cho phép của KLN trong đất.
1.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất

1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất
1.2.1.1. Ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản
Khoáng sản là một loại tài nguyên không tái tạo, ít khi ở dạng đơn
khoáng mà thường hình thành những tập hợp khoáng vật khác nhau.
Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước
và góp phần gây ô nhiễm cho đất. Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng
mới khai trường thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác
vàng cũ, thường có độ axit mạnh (pH: 2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm
lượng kim loại nặng rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm
môi trường, cả phần trên bề mặt và dưới đất sâu. Ở Úc, chất thải từ các mỏ
vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần (thể hiện
bảng 1.1). [26]
Bảng 1.1. Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình
tại Úc
KLN Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg)
As 1120
Cr 55
Cu 156
Mg 2000
Pb 353
St 335
Zn 283
(Nguồn: AZN,1992) [26]

12

1.2.1.2. Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất
a. Quá trình khoáng hoá đá
Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá
mẹ nhưng hàm lượng các KLN trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có

các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có
hàm lượng KLN cao. [7]
Bảng 1.2. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất
(Đơn vị: mg/kg)
Nguyên
tố
Đá bazo
(Ba selt)

Đá Axit
(Granite)

Đá
trầm
tích
Vỏ
phong
hóa
Dao động
trong đất
Trung
bình
trong
đất
As 1,5 1,5 7,7 1,5 0,1-40 6
Bi 0,031 0,065 0,4 0,048 0,1-0,4 0,2
Cd 0,13 0,09 0,17 0,11 0,01-2 0,35
Hg 0,012 0,08 0,19 0,05 0,01-0,5 0,06
In 0,058 0,04 0,044 0,049 0,2-0,5 0,2
Pb 3 24 19 14 2-300 19

Sb 0,2 0,2 1,2 0,2 0,2-10 1
Se 0,05 0,05 0,42 0,05 0,01-1,2 0,4
Te - - <0,1 0,005 - -
Ti 0,08 1,1 0,95 0,6 0,1-0,8 0,2
(Nguồn: Fergusson, 1990) [29]
13

b. Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và
nước thải đô thị
Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng
cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là các KLN. Các
KLN có thể tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng
cho môi trường [7].
Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn
như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ
thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất,
Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và
công nghiệp cũng chứa nhiều KLN (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị
mg/kg chất khô
Nguyên tố Khoảng giao động Trung bình
As 1,1 - 230 10
Cd 1 - 3410 10
Cu 84 - 17000 800
Fe 1000 - 154000 17000
Mn 32 - 9870 260
(Nguồn: [33])
c. Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp
Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong
đất. Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa As, Hg, Cu, trong khi các

loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As.

14

Bảng 1.4. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp
Đơn vị: (mg/kg)
Kim
loại
Phân
Photpho

Phân
Nitơ
Đá vôi
Bùn
cống
thải
Phân
chuồng
Nước
tưới
TBVT
V
As <1-1200 2-120 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30
Bi - - - <1-100 - - -
Cd 0,1-190 <0,1-9
<0,05-
0,1
2-3000 <0,01-0,8

<0,05 -
Hg 0,01-2 0,3-3 - <1-56 <0,01-0,2

- 0,6-6
Pb 4-1000 2-120 20-1250

2-7000 0,4-16 <20 11-26
Sb <1-10 - - 2-44 <0,1-0,5

- -
Se 0,5-25 - <0,1 1-17 0,2-2,4 <0,05 -
Te 20-23 - - - 0,2 - -
(Nguồn: [7])
Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi.
Hàm lượng Cu, Zn, Pb, trong các loại phân hoá học (ure, Ca(HCO
3
)
2
, Sufat-
Fe, Cu ) và khối lượng KLN nhiễm vào đất theo đường phân bón là rất lớn.
Có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu gây hại cho mùa màng là các mối của
KLN. Ví dụ như: HgCl
2
và các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ là thuốc diệt vật
gây hại như sên cạn. Trong quá trình sử dụng chắc chắn Hg sẽ xâm nhập vào
chuỗi thức ăn, gây hiện tượng phóng đại sinh học. Khi đó tác động tới không
chỉ động thực vật mà ngay cả sức khoẻ con người chúng ta.[7]
1.2.2. Các tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất
Tùy theo từng mục đích sử dụng đất, từng điều kiện kinh tế xã hội, các
quốc gia khác nhau đưa ra các tiêu chuẩn để xác định mức độ ô nhiễm KLN

trong đất khác nhau. Ở Úc và New Zealand, giới hạn cho phép KLN trong đất
được quy định ở bảng 1.5 dưới đây.
15

Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm đất ở Úc và New Zealand
Đơn vị (mg/kg)
Nguyên tố Ngưỡng
As 20
Cd 3
Cr 50
Cu 60
Pb 300
Mn 500
Hg 1
Ni 60
Zn 200
(Nguồn: ANZ (1992) [26]
Nhiều nước còn đưa ra quy định giới hạn KLN đối với đất dùng cho
mục đích nông nghiệp. Mục tiêu của giới hạn này là bảo vệ tính năng sản xuất
của đất, môi trường và sức khỏe con người. Tuy nhiên nồng độ KLN tối đa
trong đất cũng được các nước phát triển quy định khác nhau (bảng 1.6).
Bảng 1.6: Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các
nước phát triển
(mg/kg)
Nguyên tố

Áo Canada Ba Lan Nhật Bản

Anh Đức
Cu 100 100 100 125 100 50 (200)

Zn 300 400 300 250 300 300
Pb 100 200 100 400 20(100) 500
Cd 5 8 3 - 1 2
Hg 5 0,3 5 - 2 10
(Nguồn: [33]
Như vậy nguồn gốc ô nhiễm KLN trong đất cũng như mức độ độc hại
của KLN đối với con người và hệ sinh thái rất phức tạp, vì vậy tiêu chí đánh
giá ô nhiễm KLN trong đất cũng rất khác nhau. Ở Việt Nam, Dựa vào mục
16

đích sử dụng đất, Tiêu chuẩn cho phép đối với từng kim loại được quy định
khác nhau. Trong đó, đối với mục đích sử dụng đất nông nghiệp, giới hạn
KLN cho phép là thấp nhất.
Bảng 1.7: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng một số KLN trong đất
Đơn vị (mg/kg)
Nguyên tố

Đất nông
nghiệp
Đất lâm
nghiệp
Đất dân
sinh
Đất
thương
mại
Đất công
nghiệp
Asen (As) 12 12 12 12 12

Cadimi (Cd)

5 2 5 5 10
Đồng (Cu) 70 70 70 100 100
Chì (Pb) 120 100 120 200 300
Kẽm (Zn) 200 200 200 300 300
(Nguồn: QCVN 03:2008/BTNMT)
1.3. Thực trạng khai thác khoáng sản tại Việt Nam và trên thế giới
1.3.1. Hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới và các vấn đề môi
trường liên quan
Hoạt động khai thác khoáng sản phát triển mạnh từ thập kỷ trước ở
nhiều quốc gia giàu tài nguyên như Nga, Mỹ, Australia, Campuchia,
Indonesia, Phillipines, Trung Quốc, Ấn Độ, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày
càng gia tăng nguyên liệu khoáng sản khác, mặc dù khai thác khoáng sản là
nguồn thu quan trọng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế của nhiều quốc gia, nhưng
ngành này cũng gắn liền với nhiều tác động môi trường và xã hội nghiêm
trọng, đặc biệt là hiện tượng mất đất canh tác, xói lở, suy thoái tài nguyên và
nguồn nước. Do đặc thù nên ngành khai thác khoáng sản dẫn tới suy thoái tài
nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước, là rất lớn.
Năm 2010, Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bô xít và
chiếm một phần ba lượng khai thác của cả thế giới; theo sau là Trung quốc,