Đánh giá khả năng cố định kim loại nặng trong đất bạc màu của than sinh học dưới tác động của mưa axit

1

Khóa luận tốt nghiệp

Khoa môi trường

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Đất là nguồn tài nguyên quý giá mà con ngƣời sử dụng nó để sản xuất ra lƣơng
thực, thực phẩm cung cấp cho bản thân và cộng đồng. Một trong những hậu quả của
các tác động của con ngƣời tới môi trƣờng đất là sự tích lũy dần kim loại nặng trong
đất, là một trong những hiểm họa cho môi trƣờng đất mà kéo theo đó là sự ảnh hƣởng
trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm nông nghiệp và gián tiếp tới sức khỏe con ngƣời và
các loài động vật. Mặt khác, chúng có khả năng gây suy giảm chất lƣợng nguồn nƣớc
ngầm khi hòa tan vào các tầng nƣớc dƣới đất.
Việt Nam là một nƣớc có nền nông nghiệp truyền thống từ lâu đời. Trong khi
đó phần lớn đất nông nghiệp ở nƣớc ta là đất bạc màu. Với đặc tính chua, nghèo kiệt
chất dinh dƣỡng, dung tích hấp thu thấp, thƣờng khô hạn và chai cứng, đất lại dễ bị tác
động bởi quá trình rửa trôi, xói mòn… Do đó, đất bạc màu cần thiết phải đƣợc cải tạo
để phục vụ cho canh tác cây trồng đạt hiệu quả cao.
Than sinh họ
nông nghiệp hay rác thải

ạ

ừ
Nó đƣợc ví nhƣ “vàng đen” của ngành nông

nghiệp. Do đặc tính ƣu việt của than sinh học trong việc cải thiện chất lƣợng đất và
tăng năng suất cây trồng. Ngoài ra than sinh học còn đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm

trong môi trƣờng đất và môi trƣờng nƣớc bởi các tác nhân nhƣ: kim loại nặng, thuốc
trừ sâu, thuốc diệt cỏ,... Với sự cố định kim loại nặng trong đất, kim loại nặng sẽ bị giữ
lại trong đất hoặc sẽ giải phóng với tốc độ chậm hơn vì vậy ít gây ảnh hƣởng tới môi
trƣờng.
Đứng trƣớc thực trạng ô nhiễm không khí đáng báo động nhƣ hiện nay thì một
trong những hậu quả nghiêm trọng kéo theo đó là những trận mƣa có tính chất axit.
Điều đáng lo ngại, kim loại nặng tồn tại trong đất sẽ trở nên linh động hơn trong môi
trƣờng có pH thấp. Tạo điều kiện dễ dàng cho các kim loại nặng xâm nhập vào chuỗi
thức ăn của sinh vật và con ngƣời.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

2

Khoa môi trường

Với nguồn nguyên liệu dồi dào, sẵn có từ phụ phẩm cây lúa và quy trình sản
xuất đơn giản. Việc sử dụng than sinh học để cố định kim loại nặng trong đất đƣợc biết
đến nhƣ một giải pháp xử lý ô nhiễm thân thiện với môi trƣờng mà tiết kiệm chi phí.
Do đó, tôi lựa chọn đề tài: “Đánh giá khả năng cố định kim loại nặng trong đất bạc
màu của than sinh học dưới tác động của mưa axit” nhằm làm sáng tỏ khả năng cố
định kim loại nặng của than sinh học trên đất bạc màu.

2.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xác đinh hiệu quả cố định kim loại nặng trong đất bạc màu của than sinh học dƣới

tác động của mƣa axit.

3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá khả năng giảm sự phân tán kim loại nặng
của than sinh học trong môi trƣờng đất xám bạc màu. Tạo cơ sở ứng dụng than sinh
học trong nông nghiệp để cải tạo đất và xử lý ô nhiễm môi trƣờng đất.
Than sinh học làm chậm quá trình phân giải chất hữu cơ ra các sản phẩm cuối
cùng là CO2 và CH4 (bay lên không khí), giúp cố định các bon trong đất. Khám phá
này đang đƣợc các nhà khoa học ứng dụng mạnh mẽ vào mục đích tăng quá trình cố
định các bon trong chƣơng trình giảm thiểu biến đổi khí hậu.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Than sinh học đƣợc sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp giúp ngƣời nông dân tận
dụng đƣợc nguồn phụ phẩm và thu đƣợc nguồn hữu cơ vô cùng lớn đồng thời còn
tránh gây ô nhiễm môi trƣờng. Do vậy, việc sử dụng than sinh học làm phân bón và cải
tạo đất, đáp ứng đƣợc yêu cầu về mặt kinh tế và môi trƣờng. Góp phần khuyến cáo
nông dân sử dụng than sinh học hợp lý cho một số loại đất để vừa bảo đảm năng suất,
vừa bảo vệ môi trƣờng.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

3

Khoa môi trường

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. ĐẤT BẠC MÀU
Đất bạc màu là tên gọi của một loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, màu xám
nhạt, nhiều cát, nghèo kiệt chất dinh dƣỡng, giữ nƣớc kém… Theo phân loại của Tổ
chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), đất bạc màu thuộc nhóm
Acrisols. Theo cách phân loại của Bộ Nông Nghiệp Hoa Kì ( USDA) nó nằm trong
nhóm Ulcrisols.
Trên thế giới tổng diện tích 2 nhóm đất Acrisols và Ulcrisols vào khoảng hơn
800 triệu ha. Phần lớn diện tích này nằm ở vùng nhiệt đới nhƣ Đông Nam Á, Tây Phi,
Trung Nam Mỹ ( UNDP, 1992).
Theo phân loại đất Việt Nam theo phƣơng pháp của FAO- UNESCO năm 1996,
nhóm đất xám trên cả nƣớc có: 19.970.642 ha, phân bố rộng khắp trung du miền núi
và rìa đồng bằng. Chia ra làm 5 loại: xám bạc màu (Haplic Acrisol), xám có tầng loang
lỗ (Plinthic Acrisol), xám glay (Gleyic Acrisol), xám ferrlic (Ferralic Acrisol), xám
mùn trên núi (Humic Acrisol), trong đó xám bạc màu và xám ferralit chiếm diện tích
nhiều nhất.
1.1.1. Sự hình thành và phân bố
a. Phân bố
Đất bạc màu phân bố tập trung vùng trung du các tỉnh, nên còn gọi là những
cánh đồng trƣớc núi, nằm trên độ cao trung bình 6-10m so với mặt biển. Địa hình đại
diện chung cho loại đất này là dốc thoai thoải hƣớng xuống đồng bằng phù sa mới.
Tùy thuộc nguồn gốc mẫu thổ, địa hình, chế độ canh tác v.v… mà hình thái phẫu diện
có khác nhau, song trong phẫu diện phổ biến thƣờng có ba tầng rõ rệt: tầng bạc màu,
tầng đế cày, tầng đất nền.
b. Nguồn gốc phát sinh
Tự nhiên

SV: Lê Thị Tâm

Khóa luận tốt nghiệp

4

Khoa môi trường

Đá mẹ: Phù sa cổ, các loại đá mẹ chua: granit, liparit, phiến thạch, sa thạch khi
phong hóa có thành phần cơ giới nhẹ. Do điệu kiện địa hình, khí hậu và canh tác lạc
hậu nên đất bị rửa trôi, thoái hóa tạo nên đất bạc màu nghèo dinh dƣỡng.
Địa hình: Nằm tiếp giáp giữa vùng trung du đồi núi thấp và đồng bằng phù sa.
Địa thế thƣờng lồi lõm, lƣợn sóng, dốc thoải nên dễ bị bào mòn, rửa trôi các chất màu
mỡ.
Khí hậu: Nhiệt đới gió mùa, mùa hè mƣa nhiều, tập trung, nhiệt độ bình quân
cao (khoảng 30-350C từ tháng 5-10), mùa đông khô hanh và đông xuân thƣờng khô
hạn. Độ ẩm lớp mặt đất dƣới 60% khi mƣa lại sình, dính nhão nhoét.
Nhân tạo:
Bóc lột đất: Đất hình thành do lạm dụng quá nhiều phân bón, đồng thời sử
dụng không đúng kỹ thuật canh tác cũng nhƣ việc sử dụng quá nhiều hóa chất bảo vệ
thực vật và canh tác lâu năm mà không cải tạo, cày xới đất.
1.1.2. Đặc tính của đất bạc màu
Tính chất vật lý:
-

Đất có thành phần cơ giới nhẹ, bị nén chặt, bí.

-

Dung trọng: 1,5 – 1,6% ( tầng canh tác), độ xốp < 40%.

-

Dung trọng: 1,7 – 1,8 %, độ xốp 30 - 35% ( tầng chuyển tiếp).

-

Độ ẩm: tầng đất 50 -70cm đến 250cm thƣờng xuyên bằng 80-100% so

với độ ẩm trữ cực đại nhƣng đất bị nén chặt nên mùa khô chỉ từ 21 - 24%.
-

Sức ẩm đồng ruộng: 2 - 31%.

-

Độ ẩm cây héo: 5 - 7%.

-

Độ thấm nƣớc lớp đất mặt 68mm/giờ; lớp đất sâu 25mm/giờ.
Tính chất hóa học:

-

Dinh dƣỡng trong đất rất nghèo nàn về tất cả các yếu tố dinh dƣỡng , cả

dạng tổng số và dễ tiêu.
-

Khả năng hấp phụ trao đổi, độ no bazơ thấp (CEC=3-5 mg/100g đất,

V=45-50%).

SV: Lê Thị Tâm


5

Khóa luận tốt nghiệp
-

Khoa môi trường

Do quá trình khoáng hóa xảy ra mạnh nên hàm lƣợng chất hữu cơ trong

đất thấp (thƣờng <1).
-

Do Al3+ cao, làm đất chua [3, 7].
Bảng 1.1.Thành phần hóa học của đất xám bạc màu
Cation trao đổi

Độ sâu

(mgđl/100g đất)

(cm)

Độ chua thủy

phân

Dễ tiêu

P2O5

K2O

(mgdl/100g
đất)

3,0

0,2

Vết

2,7

3,23

4,0

0,6

Vết

2,9

0,50

3,75

2,6

Vết

2,1

3,90

3,30

10,35

2,4

Vết

5,7

2,15

3,00

3,90

9,05

5,8

2,50

3,90

650

12,90

8,5

4,3

6,10

9,90

20,3

2+

2+

H

Tổng
số

NH4

+

Ca

Mg

0-5

1,24

1,20

1,20

3,64

5-15

1,63

1,20

0,40

15-20

1,65

1,60

20-30

2,15

30-40
40-50

+

50-70
70-80
90-110

Qua các số liệu minh họa trên cho thấy, đất bạc màu là loại đất xấu cần phải cải
tạo về tính chất vật lý cũng nhƣ tính chất hóa học của đất nhằm nâng cao độ phì của
đất. Cho đến nay có nhiều nghiên cứu ứng dụng các biện pháp nhằm cải tạo đất đã
đƣợc tiến hành, trong đó có một số biện pháp nhƣ:
Biện pháp cày sâu: nhằm đƣa dần hạt sét từ dƣới lên tầng đất mặt nhằm hạ chế
sự rửa trôi.
Bón vôi: cải tạo đất khô và cung cấp canxi cho cây trồng.
Bón đất phù sa và đất đỏ: Đây là một trong những biện pháp cả tạo đất bạc màu
có hiệu nghiệm hơn nữa nhằm tăng tỷ lệ hạt mịn trong đất. Theo thí nghiệm của Viện
Khoa học Nông nghiệp, đất bạc màu trộn với 10% đất phù sa sông Hồng cho năng suất
tăng 134%, trộn với 10% đất đỏ feralit tăng 138%.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

6

Khoa môi trường

Biện pháp thủy lợi: Tầng canh tác trong mùa khô luôn bị thiếu ẩm. Ở tầng đất
nền, độ ẩm tƣơng đối khá nhƣng hoa màu ít tận dụng đƣợc vì sức hút bề mặt các phân
tử nƣớc rất cao (nƣớc hấp ẩm lên tới 12-16%) [1,7].
Tính chất nước: Một trong những nguyên nhân làm cho những tính chất này
xấu là do tƣới tiêu không hợp lý, không có nƣớc tƣới vào mùa khô hạn, không thoát
đƣợc nƣớc tƣới khi gặp mƣa to, kéo dài.
Xây dựng chế độ canh tác hợp lý: đƣa cây họ đậu vào thành phần cơ cấu cây
trồng nhằm bồi dƣỡng đất. Tăng cƣờng xới, xáo làm cho đất tơi xốp.
Bón than sinh học

1.2. Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ
LÝ
1.2.1. Khái niệm về kim loại nặng và đất bị nhiễm kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5g/cm3. Trong hóa
học, kim loại là nguyên tố có thể tạo ra các ion dƣơng (cation) và có các liên kết kim
loại, và đôi khi ngƣời ta cho rằng nó tƣơng tự nhƣ là cation trong đám mây các điện tử.
Kim loại nặng đƣợc đƣợc chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu,
Ni, Cd, As, Co, Sn…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru…), các kim loại phóng
xạ (U, Th, Ra, Am,…).
Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là khả năng tích lũy kim loại nặng trong đất vƣợt
quá tiêu chuẩn cho phép gây đọc đối với con ngƣời, sinh vật và đất.
Trên thực tế, các kim loại nặng nếu ở hàm lƣợng tích hợp rất cần cho sự sinh
trƣởng và phát triển của thực vật và con ngƣời. Nhƣng nếu chúng tích lũy nhiều trong
đất thì lại rất độc hại [2, 4, 6].
1.2.2. Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm kim loại nặng trong đất
Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

7

Khoa môi trường

Ở Việt Nam những nghiên cứu bƣớc đầu về KLN trong đất đã chỉ ra hàm lƣợng
của các nguyên tố KLN (Cu, Pb, Zn, Cd,…) trong đất phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc
đá mẹ và mẫu chất hình thành nên các loại đất đó. Các tác giả Trần Công Tấu và Trần
Công Khánh (1998) đã công bố hàm lƣợng KLN dạng tổng số và dễ tiêu ở tầng đất
mặt 0 – 20 cm của một số loại đất: đất feralit, đất phù sa, đất xám, đất phèn… đã đƣa
ra 7 độc tố (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) tập trung chủ yếu ở hai loại đất chính ở Việt
Nam, trong đó đất feralit có hàm lƣợng các nguyên tố (trừ Pb) cao nhất (Trần Công
Tấu, 1998) [9].
Nguyên nhân
 Nguồn gốc tự nhiên
Trong các khoáng vật hình thành nên đất thƣờng chứa một hàm lƣợng nhất định
KLN nhƣ đá macma (chứa Mn, Co, Ni, Cu, Zn,), đá nham thạch (chứa Cu),…
 Nguốn gốc nhân tạo
-

Ô nhiễm do chất thải sinh hoạt
Ở các thành phố lớn, chất thải rắn sinh hoạt đƣợc thu gom, tập trung, phân loại

và xử lý chủ yếu bằng chôn lấp, bùn từ hệ thống thu gom nƣớc và nƣớc rỉ từ các hầm ủ
và bãi chôn lấp có tải lƣợng ô nhiễm chất hữu cơ rất cũng nhƣ các KLN: Cu , Zn, Pb,

Al, Fe, Cd, Hg và cả các chất nhƣ P, N,… cũng cao. Nƣớc rỉ này sẽ ngấm xuống đất
gây ô nhiễm đất và nƣớc ngầm.
-

Ô nhiễm do chất thải công nghiệp
Các hoạt động công nghiệp rất phong phú và đa dạng, chúng có thể là nguồn

gây ô nhiễm đất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguồn gây ô nhiễm trực tiếp khi
chúng đƣợc thải trực tiếp vào môi trƣờng đất, nguồn gây ô nhiễm gián tiếp là chúng
đƣợc thải vào môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không khí nhƣng do quá trình vận chuyển,
lắng đọng chúng di chuyển đến đất và gây ô nhiễm đất.

SV: Lê Thị Tâm


8

Khóa luận tốt nghiệp
-

Khoa môi trường

Ô nhiễm đất do phân bón hóa học
Bảng 1.2: Sử dụng phân bón vô cơ ở nƣớc ta qua các năm
(Đơn vị: nghìn tấn)
Năm
1990
2000
2005
2007

Tổng
560,3

N
425,4

P
105,7

K
29,2

NPK
62,3

1332
1155,1
1357,5

501
554,1
551,2

450
354,4
516,5

180
2283

115,9
2063,6
179,7
2425,2
Nguồn: Cục trồng trọt, 2008

Nhiều kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cây trồng chỉ sử dụng hữu hiệu tối đa
30% lƣợng phân bón vào đất. Phần còn lại sẽ bị rửa trôi theo nƣớc hoặc nằm lại trên
đất gây ô nhiễm môi trƣờng.
So sánh với các nƣớc có nền nông nghiệp hiện đại trên thế giới thì lƣợng phân của
nƣớc ta còn thấp, nhƣng nó là một nguyên nhân gây ô nhiễm đất, nƣớc là do:
+ Hiệu quả sử dụng phân bón ở nƣớc ta còn thấp: Đạm đạt 30-45%, Lân 40-45%,
Kali 40-50%. Lƣợng phân thất thoát năm 2007 là 1455,1 nghìn tấn (814,5tấn N;
330,7tấn P; 309,9tấn K).
+ Bón phân không đều theo vùng.
+ Bón phân không đúng kĩ thuật.
+ Bón phân không cân đối.
+ Chất lƣợng phân bón không đảm bảo.

SV: Lê Thị Tâm


9

Khóa luận tốt nghiệp

Khoa môi trường

Bảng 1.3: Các tạp chất trong phân superphophat
Kim loại

Hàm lƣợng (ppm)

Arsenic

2,2 – 12

Cadmium

50 – 170

Chlomium

66 – 243

Cobalt

0–9

Đồng

4 – 79

Chì

7 – 92

Nicen

7 – 32

Selenium

0 – 4,5

Vanadium

20 – 180

Kẽm

50 – 1490
(Nguồn: Sinh thái và môi trường đất -Lê Văn Khoa)

Phân bón đƣợc chế biến từ rác thải đô thị, phế phẩm sản xuất có chứa nhiều kim
loại nặng và các vi sinh vật gây hại.
Theo nghiên cứu của Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa từ 2004-2007 thì Hg và
Coliform là những yếu tố thƣờng xuyên vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép trong các lọai
phân nói trên.
Một số loại phân P nhập khẩu có chứa hàm lƣợng Cd quá cao nhƣ: Phân P nhập
từ vùng nam Mỹ và Châu Phi có hàm lƣợng Cd ở mức cao trên 200 ppm.
-

Sử dụng phân hữu cơ
Trong phân chuồng cũng có chứa rất nhiều các loại kim loại nặng và các vi sinh

vật gây hại. Ở Việt Nam, phân chuồng thƣờng ít đƣợc ủ đúng kỹ thuật và bón đúng
liều lƣợng nên dễ gây ô nhiễm môi trƣờng đất, gây hại cho động vật và ngƣời. Bởi vì
trong phân bón này có chứa nhiều giun sán, trứng giun, sâu bọ, vi trùng, và các mầm
bệnh dễ lây lan. Khi bón vào đất chúng có điều kiện phát triển làm ô nhiễm môi trƣờng

sinh thái qua lan truyền trong nƣớc mặt hoặc bốc hơi trong không khí. Mặt khác, lạm
dụng quá nhiều phân hữu cơ trong điều kiện yếm khí làm giảm pH của đất.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp
-

10

Khoa môi trường

Ô nhiễm do lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật
Cùng với phân bón thì hóa chất bảo vệ thực vật cũng đƣợc sử dụng ngày càng

nhiều, hiện nay Việt Nam sử dụng trên 300 loại thuốc bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng
(có cả các loại thuốc bị cấm nhƣ Wolfatox, Monitor, DDT).
Từ năm 2000 đến nay, trung bình mỗi năm tiêu thụ trên 30.000 tấn thuốc bảo vệ
thực vật thành phẩm. Các thuốc bảo vệ thực vật thƣờng là những hóa chất độc, khả
năng tồn dƣ lâu trong đất, tác động tới môi trƣờng đất, sau đó đến sản phẩm nông
nghiệp, đến động vật và ngƣời, theo kiểu tích tụ, ăn sâu và bào mòn.
Bảng 1.4: Thời gian tồn lƣu trong đất của một số nông dƣợc

Hợp chất kim loại nặng

Thời gian bán phân hủy
(năm)
10 – 30

Clo hữu cơ (666, DDT)

2–4

Thuốc trừ cỏ

1–2

Loại nông dƣợc

2,4 D và 2,4,5 T

0,4

Thuốc trừ sâu dạng lân hữu cơ

0,02 – 0,2
Nguồn: Cục bảo vệ thực vật, 2004

1.2.3. Tác động của kim loại nặng tới môi trƣờng đất
- Các KLN có tác động hình thành hay làm xuất hiện nhiều loại khoáng (VD: As có ái
lực mạnh có khả năng hình thành hay làm xuất hiện khoảng hơn 200 loại khoáng vật.)
- Các KLN tồn tại dƣới nhiều trạng thái và trong nhiều dạng hợp chất khác nhau, dễ
gây tác động xấu tới cấu trúc đất ở những điều kiện nhất định.
- Ảnh hƣởng tới pH của môi trƣờng đất.
- Có tác động qua lại tới một số nguyên tố khác và với hệ sinh vật trong môi trƣờng
đất.
- Các KLN (Cd, As, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn) có mặt ở nồng độ cao trong đất có
thể làm giảm khả năng nảy mầm, sinh trƣởng và năng suất cây trồng, giảm các hoạt
động có lợi của vi sinh vật đất (VD: vi khuẩn), giảm sự sống và tái sinh của động vật

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

11

Khoa môi trường

đất (VD: giun) và làm giảm chất lƣợng nông sản, thực phẩm phục vụ vật nuôi và con
ngƣời.
- Trong đó có cadimi và asen có điểm bất thƣờng là nồng độ trong cây gây độc cho
con ngƣời thấp hơn nhiều nồng độ mà cây bị độc. Trong khí đó đối với các kim loại
khác, nồng độ độc ở cây trồng thấp hơn nồng độ đối với con ngƣời. Điều này đã tạo
nên khả năng là Cd và As nguy hiểm hơn đối với sức khỏe con ngƣời so với các loại
kim loại khác.
- Khi nồng độ các KLN trong rau vƣợt quá giới hạn cho phép nhƣ: Cu là 10mg/kg, Zn
là 20mg/kg, Cd là 1mg/kg, Pb là 100mg/kg thì sẽ gây nguy hiểm đến sức khỏe con
ngƣời (tiêu chuẩn của Bộ NN & PTNT. Quy định tạm thời về sản xuất rau an toàn
28/04/1988) [9,10,12].
1.2.4. Các biện pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất
a. Xử lý kim loại nặng bằng thực vật
Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm
chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng
sống đƣợc trong môi trƣờng bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng
hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng.
Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những
loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh
thƣờng rất nhạy cảm với môi trƣờng có nồng độ kim loại cao.

b. Phương pháp xử lý đất bằng nhiệt
Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp này là làm bay hơi ở nhiệt độ cao (> 8000C)
các kim loại nặng. Tuy nhiên, hầu hết các kim loại nặng n ày thƣờng tồn tại ở pha rắn,
ít di chuyển và hoà tan trong dung dịch đất do các cơ chế hóa học và vật lý. Do vậy chi
phí xử lý phụ thuộc vào loại đất, hàm lƣợng nƣớc trong đất và loại chất ô nhiễm. Ƣớc
tính từ 100 - 150 USD/tấn [4].
c. Phương pháp xử lý đất bằng tách chiết, phân cấp cỡ hạt

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

12

Khoa môi trường

Phƣơng pháp này dựa vào việc rửa các kim loại nặng ra khỏi đất. Quá trình rửa
tập trung vào việc di dời các kim loại nặng và các hợp chất chứa kim loại nặng. Quá
trình này có thể đƣợc tiến hành với một vài loại tác nhân rửa khác nhau nhƣ các axit
vô cơ (HCl, H2SO4 với pH=2), các axit hữu cơ (axit acetic, axit lactic…), các tác nhân
tạo phức (EDTA - axit Etylen Diamin Tetraaxetic, DTPA - axit Dietylen Triamin
Pentaacetic…) và sự kết hợp cả ba loại tác nhân trên.
d. Phương pháp xử lý đất bằng điện
Phƣơng pháp xử lý đất bằng điện là phƣơng pháp làm sạch dựa trên quá trình xảy
ra khi có dòng điện một chiều phát ra giữa catot và anot đƣợc đặt ở một vị trí thích hợp
trong đất. Sự di chuyển của các ion và các phần tử mang điện tích về các cực khác nhau
đƣợc hình thành.
e. Phương pháp chiết tách hơi tại chỗ
Việc tách chất ô nhiễm trong đất bằng phƣơng pháp làm bay hơi dựa trên khả

năng bay hơi của các chất ô nhiễm. Phƣơng pháp này thích hợp cho việc xử lý tại chỗ
đất ô nhiễm các hợp chất bay hơi nhƣ: Tricloroetylen, pecloroetylen, toluen, benzen…
và nhiều dung môi hữu cơ khác.
f. Phương pháp kết tủa hóa học
Phƣơng pháp này phụ thuộc vào nồng độ các kim loại nặng trong dung dịch đất.
Việc tăng nồng độ các kim loại nặng trong pha nƣớc xảy ra mạnh khi có mặt các axit
mạnh (HCl, HNO3 và H2SO4), trong điều kiện môi trƣờng kiềm hầu hết kim loại nặng
sẽ bị kết tủa làm giảm tính độc hại của chúng.
g. Phương pháp phân hủy sinh học các chất ô nhiễm
Sự phân hủy sinh học đất ô nhiễm chủ yếu dựa vào việc sử dụng vi sinh vật để
chuyển hóa các chất ô nhiễm, nhất là các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất không ô
nhiễm. Quá trình phân hủy sinh học tự nhiên các chất ô nhiễm xảy ra trong môi trƣờng
đất là rất đa dạng, tuy nhiên điều kiện để phân hủy sinh học nhìn chung là không thuận
lợi để đạt đƣợc hiệu quả làm sạch. Do vậy cần đƣợc bổ sung thêm những loại vi sinh
vật để tăng cƣờng quá trình phân hủy sinh học và cải thiện các điều kiện cho các vi

SV: Lê Thị Tâm


13

Khóa luận tốt nghiệp

Khoa môi trường

sinh vật phân hủy. Sự phân hủy sinh học có thể xảy ra ở cả điều kiện hiếu khí và kỵ
khí nhƣng nhìn chung điều kiện hiếu khí thƣờng đƣợc áp dụng nhiều hơn.
1.3. THAN SINH HỌC
1.3.1. Khái niệm than sinh học
ạ

Than sinh họ

ừ

thải
ọc
ở dạ

có thể

ạo môi trƣờng phát triển các tập

đoàn sinh vật bộ rễ, chúng có khả
ồn tại nhiều năm trong đấ
ờ đó cải tạ
ủa đất. Ngoài ra than sinh học còn đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm trong
môi trƣờng đất và môi trƣờng nƣớc bởi các tác nhân nhƣ: kim loại nặng, thuốc trừ sâu,
thuốc diệt cỏ…[20,21].
1.3.2. Đặc tính của TSH
Mỗi loại TSH sản xuất từ các loại vật liệu khác nhau sẽ có các đặc tính khác
nhau.
-

pH:
Đối với các vật liệu giàu xenlulzo và hemixenlulozo thì có thể phân hủy ở 200-

300oC tạo ra các axit hữu cơ và phenolic làm giảm pH của sản phẩm. Khi nhiệt độ lớn
hơn 300oC, muối kiềm bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ và làm pH tăng lên, pH tăng liên
tục ở nhiệt độ 600oC. Độ pH của TSH làm từ rơm ngô pH của TSH sản xuất từ rơm

ngô ở 600oC là khoảng 9,54 cho thấy rằng nó có tiềm năng để cải tạo đất chua, đây có
thể là một yếu tố quan trọng trong sự di động của kim loại [21].
pH của TSH làm từ phân bò sữa là khoảng 9,81, của TSH làm từ vỏ trấu là
khoảng 8,01. pH của TSH làm từ phân bò cao hơn là do phân bò đã có chứa một số
lƣợng lớn khoáng chất chúng có thể bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ ở nhiệt độ cao hơn
300oC, làm pH của sản phẩm tăng đến gần 10 [20].

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp
-

14

Khoa môi trường

Diện tích bề mặt (SSA):
SSA của TSH nhìn chung khá cao SSA của TSH làm từ phân bò sữa là

5,61m2/g thấp hơn nhiều so với SSA của TSH làm từ vỏ trấu là 27,8m2/g và SSA của
cả hai loại TSH này đều thấp trong phạm vi của các TSH đƣợc sản xuất từ các sinh
khối khác [21].
SSA của TSH đƣợc sản xuất từ rơm ngô là khoảng (SA=17,3m2/g). Thấy rằng
diện tích bề mặt của TSH tăng lên khi tăng nhiệt độ nhiệt phân. Khi so sánh với TSH
sản xuât từ các nguyên liệu khác nhƣ cây gỗ (SA=206,7m2/g), thì thành phần sinh khối
chứ không phải quy trình sản xuất sinh học đóng vai trò quan trọng trong SSA của
TSH. Diện tích bề mặt lớn cho thấy độ xốp cao và có tác động quan trọng đến sự hấp
phụ KLN [20].
-

Thành phần dinh dưỡng của TSH:
Hàm lƣợng cacbon(C) trong TSH khá cao khoảng 79,6% và năng suất cacbon là

khoảng 49,9%, 2,03%N, 0,22% P2O5, 0,56%K2O [16].
1.3.4. Lợi ích của TSH trong nông nghiệp
-

TSH làm tăng năng suất cây trồng
Bón TSH vào đất làm tăng đáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trƣởng

phát triển và năng suất cây trồng. Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng
24% và sinh khối cũng tăng 13% và chiều cao của cây có thể tăng thêm 1,26 đến 1,35
lần và sản lƣợng tăng 2,3 đến 2,4 lần. Với cây hàng năm năng suất có thể tăng 200%
nếu đƣợc bón lƣợng TSH cao. Ngoài việc TSH cung cấp các chất dinh dƣỡng cần
thiết, các axít humic còn chứa các hóc môn có khả năng tăng trƣởng cây trồng. Tất
nhiên để tìm ra lƣợng TSH tối ƣu bón cho cây trồng thì cần phải xác định cho từng
loại đất và cây trồng nhất định. Một số nghiên cứu gần đây còn cho thấy tác dụng của
TSH đối với sinh trƣởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếu bón kết hợp với phân
khoáng [18].
-

TSH cải thiện dinh dưỡng dễ tiêu cây trồng
Bón TSH có thể làm tăng pH và giảm nhôm di động trong đất chua, tại các

vùng đất nhiệt đới bị khoáng hóa mạnh thâm canh cao . Bón TSH làm tăng pH đất đối

SV: Lê Thị Tâm

Khóa luận tốt nghiệp

15

Khoa môi trường

với rất nhiều loại thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn vị pH.
Kết quả là độ no bazơ tăng đến tận 10 lần so với trƣớc khi bón TSH, còn CEC thì tăng
đến 3 lần bởi vì khi bón TSH đồng thời cũng bổ sung thêm các nguyên tố kiềm K, Ca,
Mg vào dung dịch đất, tăng pH đất và tăng dinh dƣỡng dễ tiêu cho cây trồng trong đất.
Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng kể cả lƣợng TSH nhỏ bón vào đất thì cũng tăng
một cách đáng kể lƣợng cation kiềm trong đất, kể cả lƣợng đạm tổng số và lân dễ tiêu
cũng tăng hơn so với đối chứng.
-

TSH cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng
TSH không những cải thiện hàm lƣợng dinh dƣỡng dễ tiêu mà còn tăng cả khả

năng giữ dinh dƣỡng trong đất. Điều này rất quan trọng với các loại đất bị phong hóa
hấp phụ ion kém. Nếu trộn một lƣợng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào đất thì CEC có thể
tăng 50% so với không sử dụng TSH nhƣng với một lƣợng TSH nhỏ thì vẫn tăng CEC
trong đất trong khi đó bón tro than hoặc tro bay thì cũng không tăng khả năng giữ dinh
dƣỡng của đất. Khả năng giữ dinh dƣỡng cũng có thể đạt đƣợc do khả năng giữ dinh
dƣỡng trong các khe hở lớn và nhỏ. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra bón TSH vào
đất thì tăng khả năng giữ ion trong đất và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và
các chất dinh dƣỡng hữu cơ [18].
-

TSH cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất
TSH không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hƣởng tính

chất lý học đất nhƣ khả năng giữ nƣớc của đất. Những tác dụng này có thể nâng cao
lƣợng nƣớc dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất. Những đặc tính lý hóa học của
các loại đất nghèo hữu cơ thƣờng đƣợc cải thiện bằng các hình thức canh tác gắn liền
với việc sử dụng chất hữu cơ nhƣ phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than.
Một nhƣợc điểm rất lớn của việc sử dụng tàn dƣ hữu cơ là phải bón một lƣợng rất lớn
từ 50 đến 200 tấn.ha–1 thì mới cải thiện đƣợc một phần đặc tính của đất. Đáp ứng
đƣợc lƣợng bón lớn nhƣ vậy là tƣơng đối khó. Trong khi đó chỉ cần bón một lƣợng
nhỏ (1.5 tấn ha–1) than giàu axít humic cũng làm tăng từ 20 đến 130% hạt kết ổn định.
Hơn nữa chất thải hữu cơ lại có thể chứa rất nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ.
-

TSH làm giảm mức độ thấm sâu của các chất trong đất

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

16

Khoa môi trường

TSH có thể hạn chế sự thấm sâu của các chất gây ô nhiễm trong đất nông
nghiệp. Điều này có thể do bởi khả năng hút bám của TSH đối với các chất hòa tan
nhƣ Al3+, NO3-, PO43- và các ion hòa tan khác. Với khả năng này, than sinh học nên
đƣợc nghiên cứu để ứng dụng vào việc hạn chế rửa trôi dinh dƣỡng bề mặt ở các lƣu
vực và hạn chế ô nhiễm nƣớc ngầm gây ra bởi sự thấm sâu của các hóa chất sử dụng
trong nông nghiệp.
Theo một nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2011) về đánh giá ảnh hƣởng của

than sinh học đến năng suất ngô và khí nhà kính trên đất sét tích vôi nghèo các bon
hữu cơ tại Hà Nam, Trung Quốc, thí nghiệm bón than sinh học đƣợc làm từ rơm lúa
mỳ nhiệt phân bằng lò ở nhiệt độ từ 350 – 550oC với lƣợng bón từ 0, 20, 40 tấn/ha. Thí
nghiệm cho thấy than sinh học làm tăng năng suất ngô từ 7,3 đến 15,8% mà không cần
bón thêm nitơ và 8,8 và 12,1% tƣơng ứng với 20 tấn/ha và 40 tấn/ha than sinh học kết
hợp với phân nitơ. Trong nghiên cứu này cũng cho thấy năng suất cây trồng tăng
tƣơng ứng với lƣợng than sinh học bón vào đất [23].
-

Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm
Các chất ô nhiễm có thể gây độc hại đối với hệ sinh thái nếu chúng di chuyển

vào đất và đi vào cây trồng, sinh vật hoặc thấm vào nƣớc ngầm. Than sinh học đã
đƣợc chứng minh là một chất hấp thụ hiệu quả các chất gây ô nhiễm khác nhau, chất
hữu cơ và chất vô cơ vì chúng có diện tích bề mặt lớn và có cấu trúc đặc. Nhiều nghiên
cứu khác cũng cho thấy than sinh học làm từ các vật liệu khác nhau có khả năng hấp
thụ kim loại nặng, các chất ô nhiễm hữu cơ nhƣ PAHs, thuốc trừ sâu và các chất ô
nhiễm khác [14].
-

Xử lý ô nhiễm kim loại nặng
Về xử lý kim loại nặng, nhiều báo cáo đã cho rằng than sinh học có hiều quả

cao trong việc loại bỏ kim loại nặng trong dung dịch và trong đất. Hiệu quả của than
sinh học đƣợc sản xuất từ rơm rạ trên Cu(II), Pb(II) và Cd(II) linh động trong đất
Ultisol giảm C(II) và Pb(II) tƣơng ứng là 19,7 %- 100% và 18,6% – 77% [15,17].

SV: Lê Thị Tâm

Khóa luận tốt nghiệp

17

Khoa môi trường

Các cơ chế loại bỏ kim loại nặng khi có than sinh học thêm vào có thể do tƣơng
tác tĩnh điện, sự kết tủa và một số cơ chế khác. Sự phối hợp của than sinh học, bề mặt
THS mang điện tích âm do sự giảm tiềm năng điện động (zeta potential) và tăng CEC.
Vì vậy, việc hút tĩnh điện giữa các kim loại nặng có điện tích dƣơng và đất sẽ đƣợc
tăng cƣờng. Liên quan đến sự kết tủa là sự tăng lên đáng kể của pH đất từ than sinh
học thêm vào có thể dẫn đến giảm sự linh động của kim loại. Các dạng oxit khác
nhau, phốt phát hoặc cácbonát sẽ đƣợc hình thành trong các điều kiện khác nhau, ví
dụ, kết tủa mới chỉ đƣợc quan sát trên kim loại Pb với than sinh học từ bùn thải nhƣ
5PbO.P2O5.SiO2 (chì phốt phát silicat) tại pH5. Một số cơ chế phức tạp hơn cũng có
thể có vai trò tham gia trong quá trình tƣơng tác giữa than sinh học và kim loại nặng.
Bởi vì có nhiều nhóm chức (cacboxylic, alcohol và nhóm hydroxyl, …) trên bề mặt
của than sinh học, chúng dễ dàng hình thành các phức chất giữa kim loại nặng và các
nhóm trên. Sự kết hợp với các nhóm chức hydroxyl và cacboxyl hữu cơ chiếm 38,2 –
42,3% tổng số Pb liên kết thay đổi với pH, trong đó đồng kết tủa hoặc liên kết trên bền
mặt khoáng chiếm 57,7 – 61,8% [8]
-

Xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ
Than sinh học có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất, nƣớc và

trầm tích, và do đó làm giảm khả năng dễ tiêu của chúng và ngăn các chất độc hại
chuyển từ môi trƣờng vào thực vật và tiếp tục cho sinh vật trong đó có con ngƣời [21].
Vấn đề này cũng đã đƣợc thử nghiệm với nồng độ hòa tan tự do của PAH trong
bùn thải có thể giảm đáng kể khi sự có mặt của than sinh học, với lƣợng từ 0-57% tùy

thuộc vào lƣợng biochar thêm vào. Than sinh học từ cây cũng đƣợc sử dụng để đánh
giá ảnh hƣởng lên khả năng di chuyển của PCP. Cho thấy 5% TSH thêm vào làm giảm
hàm lƣợng PCP là 42%, và cũng giảm nồng độ PCP (phencyclidine) từ 56% và 65%
tƣơng ứng trong dịch chiết methanol và nƣớc cất. Xác định tác dụng của than sinh học
lên tính dễ tiêu của PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons), và cho thấy rằng than
sinh học đã làm giảm tổng số (449-306mg/kg) và khả năng dễ tiêu (chiết bằng
cyclodextrin) (276-182mg/kg) PAH, và nồng độ PAH trong giun đất Eisenia fetida
(lên đến 45%) [9].

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp
-

18

Khoa môi trường

Than sinh học tác động lên thuốc trừ sâu
Khi bổ sung 1%TSH thì 1,3- dichloropropene trong giảm đi đáng kể, TSH cũng

làm giảm dƣ lƣợng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ trong đất. Tuy nhiên, cần lƣu ý rằng
mức độ ảnh hƣởng của than sinh học lên hiệu quả của thuốc trừ cỏ phụ thuộc vào tính
chất hóa học và cơ chế hoạt động của chúng. Hơn nữa, TSH khi bón vào đất có thể
làm giảm khả năng hấp phụ theo thời gian, điều này có thể quan trọng đối với kiểm
soát lƣợng thuốc trừ có trong đất để bổ sung TSH cần thiết.
-

Xử lý các chất ô nhiễm khác và làm phân ủ

Chất thải nông nghiệp nhƣ rơm rạ, phân chuồng giàu chất hữu cơ và các nguyên

tố dinh dƣỡng cần thiết cho cây trồng, do đó rất thuận lợi cho việc bổ sung vào đất với
mục đích cải thiện tính chất chất của đất và trả lại chất dinh dƣỡng và tăng hàm lƣợng
hữu cơ trong đất. Tuy nhiên chất thải nông nghiệp không xử lý mà trực tiếp đƣa vào
đất có thể xảy ra nhiều vấn đề. Ví dụ nhƣ, bón phân chuồng có nguy cơ bị rửa trôi
hoặc thấm lọc các thành phần có nguồn gốc từ phân chuồng nhƣ N và P, chúng có thể
gây hại tới dòng suối và ao hồ; bùn thải thô có thể có nguy cơ gây vƣợt quá hàm lƣợng
kim loại nặng có thể gây ô nhiễm cho môi trƣờng. So với bùn thải thô thì quá trình
nhiệt phân có thể làm giảm kim loại nặng dễ tiêu đối với thực vật, giảm dạng linh động
và nguy cơ rửa trôi của kim loại nặng.
Ủ phân compost là một trong những biện pháp ứng dụng rộng rãi đối với quá
trình tái chế chất thải nông nghiệp, điều mà có thể tránh đƣợc những bất lợi do các độc
tố khi bón trực tiếp vào đất. TSH nhƣ một nhân tố có tác động lớn có thể thúc đẩy quá
trình quá trình ủ không chỉ tạo cấu trúc và bổ sung chất khô mà còn cung cấp C và
năng lƣợng cho các vi sinh vật. Nó cho thấy rằng, than sinh học là tác nhân tối ƣu hóa
cho quá trình ủ phân gia súc gia cầm bằng cách làm giảm mùi hôi và mất N cũng nhƣ
tạo ra loại phân ủ có thành phần dinh dƣỡng cân bằng. Do vậy, than sinh học có vai trò
hỗ trợ trong việc xử lý hoặc thay thế sự dụng chất thải nông nghiệp.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

19

Khoa môi trường

1.4. MƢA AXIT

Lắng đọng axit là hiện tƣợng đƣợc tạo thành trong điều kiện khí quyển bị ô
nhiễm các khí SO2, NOx lắng đọng xuống bề mặt trái đất ở dạng khô nhƣ, bụi, khí gas,
sol khí có tính axit, ở dạng ƣớt (trƣớc đây quen gọi chung là Mƣa axit ): mƣa tuyết,
sƣơng mù, hơi nƣớc có tính axit.
Mƣa axit là một dạng lắng đọng axit để chỉ các trận mƣa có độ axit thấp hơn
5,6. Hầu hết các trận mƣa axit có giá trị pH nằm trong khoảng từ 4,3 – 5. Một số trận
mƣa thậm trí còn ghi nhận đƣợc ở mức pH 2,4 ở các khu công nghiệp của Trung Quốc
và Nga năm 2006 theo [17].
Thực trạng: Ở Việt Nam 10 năm trƣớc, mƣa axit chỉ đƣợc phát hiện ở Lào Cai
thì đến cuối năm 2002, toàn bộ 9 trạm quan trắc mƣa axit trên toàn quốc đều thấy mƣa
axit. Tỷ lệ số mẫu mƣa axit ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ (Biên Hoà, thành phố Hồ
Chí Minh, Bình Dƣơng) là lớn nhất (chiếm 27 – 29% số mẫu nƣớc mƣa).
Nguyên nhân gây ra mƣa axit: Nguyên nhân của mƣa axit là do trong nƣớc mƣa
có hoà tan những khí SO2, SO3, NO, NO2, N2O. Các khí này hoà tan trong nƣớc mƣa
tạo ra các axit tƣơng ứng của chúng, tạo lên độ pH thấp gây ra mƣa axit, các khí này
có nguồn gốc từ tự nhiên trong các hoạt động của núi lửa, nhƣng chủ yếu chúng đƣợc
thải ra từ các hoạt động của con ngƣời trong đó chủ yếu từ hoạt động của ngành công
nghiệp.
Mƣa axit ảnh hƣởng xấu tới đất do nƣớc mƣa ngầm xuống đất làm tăng độ chua
của đất, hoà tan các nguyên tố trong đất cần thiết cho cây nhƣ canxi (Ca), Magiê (Mg),
... làm suy thoái đất, cây cối kém phát triển, lá cây gặp mƣa axit sẽ bị "cháy" lấm
chấm, mầm sẽ chết khô, làm cho khả năng quang hợp của cây giảm, cho năng suất
thấp [16].
Do pH thấp, mƣa axit có thể hòa tan các kim loại nặng ở dạng oxit sắt, oxit
mangan, dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ trong đất… thành dạng linh động tạo
điều kiện cho cây trồng dễ dàng hấp thu chúng. Ngoài ra, làm tăng khả năng phân tán
kim loại nặng trên diện rộng và mạch nƣớc ngầm. Điều này ảnh hƣởng không nhỏ tới

SV: Lê Thị Tâm

Khóa luận tốt nghiệp

20

Khoa môi trường

sinh vật đất nói chung và thực vật nói riêng. Vì vậy, ảnh hƣởng trực tiêp tới sức khỏe
con ngƣời.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

21

Khoa môi trường

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.1. Đối tƣợng
Than sinh học: tự điều chế
Đất bạc màu: lấy từ tầng canh tác (0-15cm) tại xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn,
thành phố Hà Nội, làm khô không khí và đem rây qua rây 2mm để loại bỏ các xác hữu
cơ trong đất nhƣ: rễ cây, lá cây, xác côn trùng…(Hình 2-phụ lục).
Dung dịch các kim loại nặng với nồng độ 128mg Cu2+/kg, 212 mgPb2+/kg,
130mgZn2+/kg pha từ các muối Cu(NO3)2.3H2O, Pb(NO3)2, Zn(NO3)2.6H2O tƣơng
ứng.
2.1.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

a. Phương pháp tổng quan tài liệu
-

Tìm hiểu về đất bạc màu.

-

Than sinh học và đặc tính.

-

Mƣa axit và đặc tính.

b. Phương pháp thực nghiệm
Sản xuất than sinh học.
Trộn than sinh học với đất bạc màu đã đƣợc rây qua kích thƣớc 2mm theo các
tỷ lệ khác nhau: 0%, 1%, 5%, 10%, 100% TSH theo trọng lƣợng.
Phân tích các chỉ tiêu hóa lý đối với từng mức tỷ lệ phối trộn.
Gây nhiễm riêng biệt từng kim loại nặng vào các mức tỷ lệ phối trộn trên.
Ủ trong buồng tối 30 ngày và duy trì ở độ ẩm 75% khả năng giữ ẩm của đất
trong suôt thời gian ủ.
Sau 30 ngày ủ, phân tích hàm lƣợng kim loại nặng trong các mẫu kể trên.
c. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng các phần mềm word, excell thông dụng.

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

22

Khoa môi trường

2.2. THỰC NGHIỆM
2.2.1. Sản xuất than sinh học
Than sinh học (TSH): làm từ trấu và rơm rạ (phối trộn theo tỷ lệ 1:5 trọng
lƣợng).
a) Nguyên tắc: Than sinh học trong thí nghiệm đƣợc chế tạo từ rơm rạ và trấu, theo
phƣơng pháp nhiệt phân gián tiếp trong điều kiện yếm khí, tại nhiệt độ trong
khoảng từ 500-600oC.
b)

Chuẩn bị.

-

Nguyên liệu: trấu khô, rơm rạ khô (độ ẩm khoảng 12%)

-

Dụng cụ: Một bao diêm, giấy bìa mồi lửa, bình xịt nƣớc, xẻng nhỏ, gang tay

-

Lò đốt nhiệt phân gián tiếp:
Lò đốt xây bằng gạch chịu nhiệt, thùng để làm lò đốt đƣợc làm bằng thùng

phi có thể tích 200 lít. Phía trên có gắn ống khói cao hơn 1m, phía dƣới chân thùng có
cửa để nhóm lửa. Thùng lớn có thể chứa đƣợc 6 thùng tôn nhỏ có đƣờng kính 20cm và

chiều cao là 30cm. Các thùng nhỏ sử dụng để nhồi vật liệu vào trong và đƣợc bịt kín
bằng nắp thùng có khoan lỗ để thoát khí.

SV: Lê Thị Tâm


23

Khóa luận tốt nghiệp

Khoa môi trường

Hình 2.1: Mô hình nhiệt phân gián tiếp
c) Quy trình chế tạo than sinh học
-

Vật liệu (rơm) đƣợc cho vào 6 thùng tôn nhỏ, nén thật chặt, đậy nắp cẩn thận.

-

Lót một lớp rơm và trấu xuống đáy thùng phi, giữa các thùng tôn nhỏ đƣợc chèn
bằng chính các vật liệu rơm và trấu, phủ trấu lên trên cùng.

-

Mồi lửa đốt các vật liệu chèn xung quanh và đóng cửa lò.

-

Sau khoảng 4 giờ quá trình cháy kết thúc, tiến hành mở nắp thùng phi. Lấy từng

thùng tôn nhỏ thu sản phẩm (Hình 1- phụ lục).

2.2.2. Xử lý và bảo quản mẫu
- Mẫu than sinh học: (Hình 3-phụ lục)
Các mẫu than sinh học đƣợc bảo quản trong phòng thí nghiệm, để nơi khô ráo và
sạch. Sau đó than sinh học đƣợc nghiền nhỏ bằng cối và chày sứ, qua rây nhôm 2mm,
bảo quản trong túi nilon để phục vụ phân tích.
-

Mẫu đất bạc màu: (Hình 2-phụ lục)
Các mẫu đất đƣợc lấy mang về phòng thí nghiệm đƣợc phơi khô không khí nơi khô

ráo và sạch. Sau đó, mẫu đất đƣợc nghiền nhỏ bằng cối và chày sứ, qua rây 2mm, bảo

SV: Lê Thị Tâm


Khóa luận tốt nghiệp

24

Khoa môi trường

quản trong túi nhựa để phục vụ phân tích.
2.2.4. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý
a. Khả năng giữ ẩm của vật liệu
 Thủ tục phân tích:
Vật liệu đã xử lý qua rây với kích thƣớc 2mm, tiến hành phối trộn theo tỷ lệ 0%,1%,
5%, 10%, và 100%TSH, cho vào các ống kim loại (ống dung trọng). Một đầu bịt kín
bằng vải, đầu kia cho vật liệu vào ở trạng thái tự nhiên, không nén chặt. Tiến hành

ngâm trong nƣớc ngập ½ ống trong khay chứa nƣớc, để qua đêm (16h) đến khi vật liệu
đã bão hòa nƣớc. Sau đó, nhấc ống ra và để ráo cho đến khi không còn nƣớc rơi
xuống. Tiến hành lấy mẫu và phân tích độ ẩm.
b. Xác định pHH2O và pHKCl.
 pH H2O là pH đƣợc đo trong dung dịch huyền phù của vật liệu và nƣớc.
 pH muối trung tính: là pH đƣợc đo trong dung huyên phù của vật liệu và dung
dịch KCl 1M.
 Nguyên tắc: Tỷ lệ đất/KCl hoặc H2O=1/2,5 g.ml-1 (đối với than sinh học tỉ lệ
1/10) đo bằng pH meter điện cực thuỷ tinh trong huyền phù.
 Thủ tục phân tích:
-

Cân 10g vật liệu đối với tỷ lệ 0%, 1%, 5%, 10%TSH đã trộn vào các bình tam

giác 100ml khác nhau. Thêm 25 ml dung dịch KCl 1M hoặc nƣớc cất. Riêng đối với
mấu 100%TSH, cân 5g vật liệu và thêm 50ml KCl hoặc 50ml H2O.
-

Lắc trên máy 1h với tốc độ 150 vòng/phút.

-

Đem đo pH ngay bằng pH điện cực thủy tinh.

-

Để kết quả ổn định trong 30s và ghi lại kết quả đo.

c. Dung lượng trao đổi cation (CEC)
 CEC là dung lƣợng trao đổi cation của phức hệ keo đất.

 Nguyên tắc:
-

Rửa sạch hết những cation ngoài tầng hấp thu của đất.

-

Đẩy toàn bộ cation bão hòa ra khỏi đất bằng một cation khác.

SV: Lê Thị Tâm


25

Khóa luận tốt nghiệp
-

Khoa môi trường

Xác định số meq của cation bão hòa đƣợc đẩy ra và từ đó suy ra CEC của đất

bằng hệ số me/100g đất hoặc cmolc/kg đất.
 Thủ tục tiến hành:
-

Tiến hành làm 8 mẫu với 3 lần lặp.

-

Cân chính xác 2,5g vật liệu đã qua rây 2mm vào ống ly tâm 50ml.

-

Thêm 50 ml CH3COONH4 1M (pH = 7), lắc trong 10 phút, ly tâm 10 phút. Sau

đó, gạn lấy dịch trong. Dịch lấy đƣợc đem đi phân tích Ca, Mg, Na trao đổi theo
phƣơng pháp AAS.
-

Thêm 50 ml etanol (1:1), lắc trong 10 phút, ly tâm 10 phút. Sau đó, loại bỏ dịch.

-

Thêm 100 ml CH3COONa 1M (pH = 7), chia dịch làm 3 lần, lắc 10 phút, ly tâm

10 phút. Sau đó loại bỏ dịch.
-

Thêm 50 ml etanol (1:1), chia làm 2 lần rửa, lắc trong 10 phút và ly tâm 10

phút. Sau đó loại bỏ dịch
-

Thêm 50 ml CH3COONH4 1M, pH 7, chia dịch làm 2 lần, lắc trong 10 phút, ly

tâm 10 phút. Sau đó gạn lấy dịch trong đem xác định CEC.
2.2.5. Bố trí thí nghiệm ủ
Bước 1: Trên cơ sở phân tích đƣợc độ ẩm của từng vật liệu tiến hành trộn than sinh
học với đất bạc màu theo các tỉ lệ (0%, 1%; 5%; 10% TSH) về khối lƣợng theo bảng
sau:

Bảng 2.1: Khối lƣợng vật liệu ở các mức tỷ lệ

Stt

Tỷ lệ

TSH từ
rơm (g)

1
2
3
4

0% TSH
1% TSH
5% TSH
10% TSH

9,53
46,7
93,54

TSH từ
trấu (g)

Đất
(kg)

1,6

7,98
15,96

0,83
0,82
0,87
0,74

Độ ẩm
vật
liệu
(%)
3,79
4,35
5,99
7,50

Hệ số
khô
kiệt K
1,04
1,05
1,06
1,08

Bước 2: Gây nhiễm riêng biệt từng KLN ở nồng độ 5% của CEC 10%TSH, trộn đều
với 4 mức tỷ lệ phối trộn khác nhau với 3 lần lặp (Hình 5-phụ lục). Theo bảng sau:

SV: Lê Thị Tâm