NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÂY SẬY (PHRAGMITES AUSTRALIS) ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN TẠI TỈNH LÀO CAI (LV THẠC SĨ)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.44 MB, 102 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------------------------------------
PHAN ĐỨC CẢNH
Đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG
CỦA CÂY SẬY (PHRAGMITES AUSTRALIS) ĐỂ XỬ LÝ
ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU CHẾ BIẾN
KHOÁNG SẢN TẠI TỈNH LÀO CAI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
THÁI NGUYÊN - 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------------------------------------
PHAN ĐỨC CẢNH
Đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG
CỦA CÂY SẬY (PHRAGMITES AUSTRALIS) ĐỂ XỬ LÝ
ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU CHẾ BIẾN
KHOÁNG SẢN TẠI TỈNH LÀO CAI
Chuyên ngành : Khoa học Môi Trường
Mã số
: 60 44 03 01
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. Hà Xuân Linh
THÁI NGUYÊN - 2016
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận
văn đều được ghi rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, 18, tháng 9 năm 2016
Tác giả luận văn
Phan Đức Cảnh
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu trường Đại
học Nông lâm Thái Nguyên, Khoa Sau đại học, Khoa Tài nguyên và Môi
trường đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận văn này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS. Hà Xuân Linh, người
thầy đã trực tiếp tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Qua đây, tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,
khích lệ, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt
huyết và năng lực của mình, song với kiến thức còn nhiều hạn chế và trong
giới hạn thời gian quy định, luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Tác
giả rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô, đồng
nghiệp và các chuyên gia để nghiên cứu một cách sâu hơn, toàn diện hơn
trong thời gian tới.
Xin trân trọng cảm ơn !
Thái Nguyên 18, tháng 09 năm 2016
Tác giả luận văn
Phan Đức Cảnh
iii
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 9
1. Đặt vấn đề..................................................................................................... 9
2. Mục tiêu đề tài ............................................................................................. 11
3. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................ 11
3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 11
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 11
PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 12
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ........................................................................ 12
1.1.1. Tổng quan về ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô
nhiễm truyền thống ......................................................................................... 12
1.1.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất .................................. 15
1.1.2.2. Nguồn gốc nhân tạo.......................................................................... 16
1.1.3. Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường đất .................................. 18
1.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng ................................... 22
1.2. Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng ................. 24
1.2.1. Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN của thực vật .............................................. 24
1.2.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thu KLN của thực
vật .................................................................................................................... 25
1.2.3. Nhưng ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất . 26
1.2.3.1. Ưu điểm ............................................................................................... 26
1.2.4. Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm 27
1.2.5. Một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng bằng thực
vật trên thế giới và Việt Nam .......................................................................... 28
1.3. Tổng quan về cây sậy và tiềm năng ứng dụng của chúng trong bảo vệ môi
trường .............................................................................................................. 33
1.3.1. Đặc điểm của loài thực vật nghiên cứu ................................................. 33
iv
1.3.2. Ứng dụng của cây sậy trong cải tạo môi trường ................................... 34
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 38
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 38
2.2.1. Địa điểm ................................................................................................ 38
2.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 38
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 38
2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng .......................................... 39
2.4.4. Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu .......................................... 40
2.4.6. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ............................ 40
2.4.7. Phương pháp so sánh............................................................................ 40
2.5. Các chỉ tiêu theo dõi ................................................................................. 41
PHẦN 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 42
3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ........................................................... 42
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên xã hội ...................................................................... 42
3.1.2. Đặc điểm dân cư kinh tế........................................................................ 44
3.1.3. Tình hình chung, khó khăn và thuận lợi của KCN Tằng Loỏng .......... 45
3.2. Đánh giá chất lượng môi trường đất trước khi trồng sậy, chất lượng của
cây sậy trước khi bố trí thí nghiệm và khả năng sinh trưởng và phát triển của
sậy trên đất sau khai thác khoáng sản ............................................................. 47
3.2.1. Đánh giá chất lượng môi trường đất trước khi trồng sậy ...................... 47
3.2.3. Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây sậy trên đất ô nhiễm kim loại
nặng sau khai thác khoáng sản ........................................................................ 50
3.3. Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây Sậy trong thân lá và rễ tại 2 khu
vực nghiên cứu ................................................................................................ 59
3.3.1. Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy trên đất bãi thải tại 2 khu
vực nhà máy photpho vàng ............................................................................. 60
3.4. Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng KLN trong đất của cây sậy tại 2 khu
vực nghiên cứu ................................................................................................ 64
v
3.4.1. Hàm lượng As còn lại trong đất ........................................................... 65
3.4.2. Hàm lượng Pb còn lại trong đất ........................................................... 66
3.4.3. Hàm lượng Cd còn lại trong đất ........................................................... 68
3.4.4. Hàm lượng Zn còn lại trong đất ........................................................... 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 72
1. Kết luận ....................................................................................................... 72
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 74
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Cs
: Cộng sự
BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường
HĐND
: Hội đồng Nhân dân
KLN
: Kim Loại nặng
QCVN
: Quy chuẩn Việt Nam
UBND
: Uỷ ban Nhân dân
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Trang
Bảng 1.1: Thành phần kim loại trong một số khoáng vật điển hình ............... 15
Bảng 1.2: Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị ...................... 16
Bảng 1.3: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp ............. 17
Bảng 1.4: Hàm lượng tối đa cho phép của các KLN được xem là độc đối với
thực vật trong đất nông nghiệp ....................................................... 22
Bảng 1.5: Mức độ ô nhiễm KLN ở Anh ......................................................... 23
Bảng 1.6: Giới hạn tối đa hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng trong
tầng đất mặt ..................................................................................... 23
Bảng 3.1: pH và hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng cây ...... 47
Bảng 3.3: Sự biến động về chiều cao cây sậy trong thời gian thí nghiệm ở bãi
thải khu vực nhà máy photpho vàng 2 và 3 sau 8 tháng ................. 50
Bảng 3.4: Sự biến động về chiều dài lá cây sậy trong thời gian nghiên cứu ở
bãi thải khu vực nhà máy photpho vàng 2 và 3 sau 8 tháng ........... 53
Bảng 3.5: Chiều dài rễ cây sau khi trồng 4 và 8 tháng ................................... 56
Bảng 3.6: Sinh khối thân lá và rễ của cây sậy trên đất trên bãi thải nhà máy
trong thời gian 8 tháng .................................................................... 58
Bảng 3.7: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Sậy
tại bãi thải nhà máy photpho vàng 2 và 3 sau 4 tháng và 8 tháng........ 60
Bảng 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn còn lại trong đất sau khi trồng Sậy tại
bãi thải 2 nhà máy photpho vàng 2 và 3 ......................................... 64
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.3: Biểu đồ sự biến động về chiều cao cây trong thời gian thí nghiệm
sau 8 tháng ở hai địa điểm trồng sậy ............................................... 51
Hình 3.5: Biểu đồ Sự biến động về chiều dài lá sậy trong thời gian thí nghiệm
sau 8 tháng ở hai địa điểm trồng sậy ............................................... 54
Hình 3.6: Đo chiều dài lá sậy sau 8 tháng nghiên cứu .................................... 55
Hình 3.7: Đo rễ cây sậy sau 8 tháng nghiên cứu............................................. 57
Hình 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong Sậy sau 4 tháng trồng tại
bãi thải 2 khu vực nhà máy photpho vàng ...................................... 61
Hình 3.9: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong Sậy sau 8 tháng trồng tại
bãi thải 2 khu vực nhà máy photpho vàng ...................................... 62
Hình 3.10: Hàm lượng As còn lại trong đất sau khi trồng sậy ....................... 65
Hình 3.12: Hàm lượng Cd còn lại trong đất sau khi trồng sậy ....................... 68
Hình 3.13: Hàm lượng Zn còn lại trong đất sau khi trồng sậy ....................... 69
9
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Lào Cai là tỉnh giàu tài nguyên khoáng sản nhất Việt Nam, có trên 35
loại khoáng sản khác nhau, với 150 điểm mỏ có giá trị, trong đó có nhiều loại
chất lượng cao, trữ lượng lớn, điển hình: Apatit (2,1- 2,5 tỷ tấn), sắt (137 triệu
tấn), đồng, vàng gốc, graphít, đất hiếm, fenpat, nguyên liệu gốm, sứ thủy
tinh…Một số mỏ có trữ lượng lớn dễ khai thác, dễ vận chuyển và đang có thị
trường quốc tế đã tạo thuận lợi cho phát triển công nghiệp chế biến các loại
khoáng sản ở địa phương. Ngành công nghiệp khai khoáng được xác định là
ngành mũi nhọn và là khâu đột phá để phát triển công nghiệp của tỉnh.
(laocai.gov.vn)[24]
Từ những chủ trương đúng đắn nêu trên, những năm qua tỉnh Lào Cai
đã đặc biệt quan tâm và ưu tiên phát triển ngành công nghiệp khai thác, chế
biến khoáng sản. Căn cứ vào quy hoạch đã được cơ quan có thẩm quyền phê
duyệt, tỉnh đã khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi để các thành phần
kinh tế đầu tư, triển khai các dự án khai thác, chế biến sâu khoáng sản.
Các loại khoáng sản đã và đang được đầu tư khai thác, chế biến gồm:
apatit, đồng, sắt, chì, kẽm, vàng, cao lanh và vật liệu xây dựng,…
Giai đoạn từ năm 2011 - 2013 đã đánh dấu mốc quan trọng trong các
chương trình, dự án chế biến sâu khoảng sản như việc hoàn thành và đưa vào
hoạt động nhà máy tuyển quặng Apatít Nhạc Sơn, các nhà máy phốt pho vàng
nâng công suất để đạt mức 50 nghìn tấn/năm. Lào Cai trở thành tỉnh trọng điểm
của cả nước về sản xuất phốt pho vàng với 5 nhà máy đã đi vào hoạt động và
một số nhà máy chuẩn bị đầu tư xây dựng. Trong những năm qua, giá phốt pho
xuất khẩu luôn đạt từ 5.000 - 8.000 USD/tấn, trong khi để sản xuất ra 1 tấn phốt
pho chỉ cần khoảng 10 tấn quặng Apatít với giá trị 10 - 14 triệu đồng.
Hoạt động khoáng sản và đặc biệt là chế biến sâu khoáng sản đã từng
bước nâng cao giá trị sản phẩm, sử dụng triệt để tài nguyên, đáp ứng nguồn
nguyên liệu cho các ngành kinh tế trong nước, cung cấp phân bón cho
10
ngành nông nghiệp, thay thế nguồn nhập khẩu; nâng cao giá trị sản xuất
công nghiệp.
Năm 2013, giá trị sản xuất công nghiệp ước đạt gần 4 nghìn tỷ đồng mà
mang lại thu nhập trực tiếp cho ngân sách địa phương gần 800 tỷ đồng, tăng
gần 2 lần so với năm 2010. Trong quy hoạch khai thác khoáng sản đến năm
2015, trong tỉnh có tổng số 61 mỏ và điểm mỏ được đưa vào diện “đánh
thức”. Đến nay, đã có hơn 40 điểm mỏ trong số đó được cấp giấy phép khai
thác, việc khai thác, chế biến khoáng sản đang được thực hiện chặt chẽ, đảm
bảo nguyên tắc đúng quy hoạch, định hướng phát triển công nghiệp khai
khoáng của tỉnh. Trên thực tế, hoạt động khai thác, chế biến và tiêu thụ
khoáng sản đang cung cấp đủ nguyên liệu cho các ngành sản xuất phân bón,
hóa chất và luyện kim trên địa bàn tỉnh Lào Cai. Hoạt động của ngành khai
thác, chế biến khoáng sản đã đóng góp lớn vào tổng giá trị sản xuất công
nghiệp trên địa bàn hằng năm và làm tăng nguồn thu cho ngân sách Nhà
nước. Bên cạnh đó, việc xây dựng các nhà máy chế biến sâu nguồn khoáng
sản còn tạo thêm việc làm và thu nhập ổn định cho hàng chục nghìn lao
động...(vinacomin.vn)[27].
Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta cũng đang
phải đối mặt với nhiều vấn đề về môi trường. Quá trình khai thác, chế biến
khoáng sản đã làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái tự nhiên, gây ô nhiễm
môi trường đất, nước, không khí…. Vấn đề môi trường trong khai thác, chế
biến khoáng sản càng trở nên cấp bách. Vì vậy, cần có các biện pháp khắc
phục và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các biện pháp mang
nguồn gốc tự nhiên, vừa giảm chỉ phí vừa thân thiện với môi trường.
Xuất phát từ thực tế nói trên , được sự nhất trí của trường Đại Học Nông
Lâm Thái Nguyên tôi đã thực hiện đề tài, ‘'Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim
loại nặng của cây sậy (Phragmites australis) để xử lý đất ô nhiễm kim loại
nặng sau chế biến khoáng sản tại tỉnh Lào Cai”.
11
2. Mục tiêu đề tài
2.1. Mục tiêu chung
Nghiên cứu làm sáng tỏ khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy,
hiệu quả xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau chế biến khoáng sản của cây sậy
tại tỉnh Lào Cai.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng tại bãi thải khu vực nhà máy
photpho vàng 2 và nhà máy photpho vàng 3.
- Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây sậy trong môi trường đất bị ô
nhiễm kim loại nặng.
- Đánh giá khả năng hấp thụ , tích lũy kim loại nặng của các bộ phận
trên cây sậy, khả năng xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng của cây sậy tại khu
vực đất ô nhiễm.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của cây
sậy được nghiên cứu. Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới
khả năng hấp thụ KLN của loài thực vật được nghiên cứu. Đồng thời kết quả làm
cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thực vật xử lí ô nhiễm – công
nghệ đang được đánh giá rất cao ở các nước phát triển.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Áp dụng để xử lý đất ô nhiễm KLN để phục hồi lại tính chất đất tại các
khu vực ô nhiễm KLN. Tận dụng lại được diện tích đất để trồng trọt và dùng
vào các mục đích khác nhau.
12
PHẦN 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Tổng quan về ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô
nhiễm truyền thống
1.1.1.1. Khái niệm và tác hại của KLN
Thuật ngữ “Kim loại nặng” được từ điển hóa học định nghĩa là các kim
loại có tỷ trọng lớn hơn 4 hoặc 5. Đối với các nhà độc tố học, thuật ngữ “Kim
loại nặng” chủ yếu dùng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề
môi trường bao gồm: As, Cd, Cu, Zn, Pb, Hg, Ni, Mn, Cr, Fe. (Nguyễn Thị
Thanh, 2002)[17 ].
KLN rất độc với cơ thể. Trong danh sách các chất độc hại với sinh vật
thì Hg, As, Cd lần lượt đứng thứ tự nhất, nhì , ba, xếp theo loại dược tính của
Mỹ. KLN đi vào cơ thể thông qua hít phải khói và bụi kim loại, đi vào cơ thể
qua đường tiêu hóa, do ăn và uống các loại thực phẩm có nhiễm KLN.
Thực trạng hiện nay vấn đề ô nhiễm KLN đã và đang thu hút sự quan
tâm của các nhà khoa học vì KLN rất bền vững, ảnh hưởng của chúng rất lớn
đến môi trường đến sức khỏe con người. Độc tính của KLN đối với sinh vật
liên quan đến độc tính gen và cơ chế oxy hóa. KLN có tác hại đối với động
vật và con người là làm tổn hại, giảm chức năng của hệ thần kinh trung ương,
giảm năng lượng sinh học, làm tổn hại đến cấu trúc của máu, phổi, thận, gan,
và các cơ quan khác. Ngoài ra còn làm tăng các tương tác dị ứng và gây nên
đột biến gen, cạnh tranh với các kim loại cần thiết trong cơ thể ở các vị trí liên
kết sinh hóa và phản ứng như các kháng sinh giới hạn rộng chống lại cả vi
khuẩn có lợi và có hại.
1.1.1.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng
a. Tính độc của Asen (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
13
gây ngộ độc. Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư
bàng quang, thận, gan và phổi.
- Đối với cây trồng: Asen được nhiều người biết đến do tính độc
của một số hợp chất có trong nó. 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 nhau như Fe, Al. (Lê Văn Khoa, 2004)[6].
b. Tính độc của Kẽm (Zn)
- 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 .
- Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi
Zn tích tụ trong đất quá cao. 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. (Lê
Văn Khoa, 2004)[6].
c. Tính độc của Chì (Pb)
Hàm lượng chì trong vỏ trái đất là 10-20mg/kg, trong nước biển là
0,03g/m3. Hàm lượng chì có trong các đá khoảng vài mg/kg, trong đất chì dao
động từ vài đến 200 mg /kg. Chì được coi là nguyên tố độc đối với hầu hết
các sinh vật. Sự có mặt của chì làm giảm hoạt động của vi sinh vật đất, gây
rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ (Lê Văn Khoa, 2004)[6].
14
Là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém có thời gian bán hủy
trong đất từ 800-6000 năm. Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì
trong đất trung bình từ 15-25 ppm. Trong môi trường trung tính hoặc kiềm,
Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít làm ảnh hưởng đến cây trồng. Chì bị
hấp phụ trao đổi chiếm tỉ lệ nhỏ (<5%) hàm lượng Pb có trong đất. Trong đất
chì có độc tính cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền
vững dưới dạng phức hệ với các chất hữu cơ (Lê Văn Khoa, 2004)[6].
Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, chì là chất độc đối với động vật
cũng như con người. Nó gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn
não. Tiếp xúc ở mức cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật. Giống với thủy
ngân, chì là chất độc thần kinh tích tụ trong mô mềm và trong xương. Nhiễm
độc chì đã được ghi nhận từ thời La Mã cổ đại, Hy Lạp cổ đại, vàTrung
Quốc cổ đại. (vi.wikipedia.org)[29].
d. Tính độc của Cadimi (Cd)
Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể con
người. Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực
độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể
cũng như trong các hệ sinh thái. Một trong những lý do có khả năng nhất cho
độc tính của chúng là chúng can thiệp vào các phản ứng của các
enzime chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong các hệ sinh học,
nhưng cadimi, mặc dù rất giống với kẽm về phương diện hóa học, nói chung
dường như không thể thay thể cho kẽm trong các vai trò sinh học đó. Cadimi
cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa magiê và canxi theo
cách thức tương tự.
Hít thở phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối
với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng
thận). Nuốt phải một lượng nhỏ cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn
thương gan và thận. Các hợp chất chứa cadimi cũng là các chất gây ung thư.
Ngộ độc cadimi là nguyên nhân của bệnh itai-itai, tức "đau đau" trong tiếng
15
Nhật. Ngoài tổn thương thận, người bệnh còn chịu các chứng loãng
xương và nhuyễn xương.
Khi làm việc với cadimi một điều quan trọng là phải sử dụng tủ chống
khói trong các phòng thí nghiệm để bảo vệ chống lại các khói nguy hiểm. Khi
sử dụng các que hàn bạc (có chứa cadimi) cần phải rất cẩn thận. Các vấn đề
ngộ độc nghiêm trọng có thể sinh ra từ phơi nhiễm lâu dài cadimi từ các bể
mạ điện bằng cadimi (vi.wikipedia.org)[28].
1.1.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất
1.1.2.1. Nguồn gốc tự nhiên
Hàm lượng KLN nhất định được tồn tại trong các khoáng vật hình
thành nên đất, trong điều kiện môi trường tự nhiên bình thường một số
KLN là những nguyên tố vi lượng thiết yếu cho cây trồng và sinh vật đất.
Tuy nhiên, trong một số điều kiện đặc biệt hàm lượng của chúng vượt một
giới hạn nhất định và trở thành chất ô nhiễm.
Bảng 1.1: Thành phần kim loại trong một số khoáng vật điển hình
Trạng thái
phong hoá
Khoáng
vật
Hiện diện
Olivine
Đá macma
Anorthite
Đá siêu bazơ và bazơ núi
lửa
Phân bố rộng trong đá
Hornblende
macma và biến chất
Albite
Đá nham thạch
Augite
Dễ bị
phong hoá
Biotit
Orthoclase
Muscovite
Khả năng ổn định
khoáng tăng
Magnetite
Đá macma axít
Granite, phiến thạch,
thuỷ tinh
Đá mácma và biến chất
Thành phần
kim loại
Mn, Co, Ni,
Cu, Zn
Mn, Cu, Sr
Mn, Co, Ni,
Cu, Zn, Pb
Mn, Co, Ni,
Cu, Zn
Cu
Mn, Co, Ni,
Cu, Zn
Cu, Sr
Cu, Sr
Cr, Co, Ni, Zn
Nguồn: Trích theo Lê Đức, Trần Khắc Hiệp 2006[5]
16
1.1.2.2. Nguồn gốc nhân tạo
a. Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và nước thải
đô thị
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, chế biến khoáng sản,...(Văn
Khang, 2000)[9].
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 (Lê Văn Khoa và cs, 2010)[10].
Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và
công nghiệp cũng chứa nhiều KLN (Bảng 1.2).
Bảng 1.2: 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: Logan, 1990
b. Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp
Hoạt động sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong
đất. Các loại thuốc bảo vệ thực vật ,các loại phân bón hoá học lại chứa các
nguyên tố KLN.
17
Bảng 1.3: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp
Đơn vị: (ppm)
Đá vôi
Bùn
cống
thải
Phân
chuồng
Nước
tưới
TBVV
2-120
0,1-24
2-30
<1-25
<10
3-30
-
-
-
<1-100
-
-
-
Cd
0,1-190
<0,1-9
<0,05
-
Hg
0,01-2
0,3-3
<0,01-0,2
-
0,6-6
Pb
4-1000
2-120
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
-
-
Kim
loại
Phân
Photpho
Phân
Nitơ
As
<1-1200
Bi
<0,052-3000 <0,01-0,8
0,1
-
<1-56
20-1250 2-7000
(Nguồn: Lê Văn Khoa, 2004)[10]
Khối lượng KLN nhiễm vào đất theo đường phân bón là rất lớn,
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 (urre, Ca(HCO 3)2, Sufat-Fe,
Cu...) và. Có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu gây hại cho mùa màng là
các muối của KLN, trong quá trình sử dụng chắc chắn các KLN 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
(Nguồn: Lê Văn Khoa, 2004)[10].
18
1.1.3. Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường đất
1.1.3.1. Nguyên tác chính trong xử lý đất ô nhiễm
Các nguyên tắc áp dụng để xử lý đất ô nhiễm là
Di dời ( loại bỏ ) chất ô nhiễm bằng việc tách các phần tử, Ví dụ như
xử lý bằng cách tác và giải hấp thụ.
Tách các yếu tố ô nhiễm dạng hạt bằng cách tách pha. Ví dụ như việc
phân loại với hydro-xyclon, kỹ thuật tuyến nổi, kỹ thuật lắng.
Tách các yếu tố ô nhiễm bằng cách phá vỡ cấu trúc, nhiệt học.
Tách các yếu tố ô nhiễm bằng việc làm suy thái sinh học, nhiệt học.
Tách các yếu tố ô nhiễm bằng việc hấp thu các chất sinh học hoặc sự
huy động sinh học.
Phần lớn các công nghệ làm sạch đang phát triển trên nguyên tác này.
Tuy nhiên trong thực tế chỉ một số phương pháp được áp dụng thành công.
Hơn nữa, các phương pháp có thể áp dụng vào lúc này chỉ thích hợp với một
phần nhỏ các khu vực bị ô nhiễm( Lê Văn Khoa và Cs)[10].
1.1.3.2. Xử lý ô nhiễm đất bằng phương pháp truyền thống
a. Xử lý bằng nhiệt
Bay hơi và oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp
suất riêng phần của oxy và thời gian lưu giữ. Nhiệt độ hoạt động từ 400-700
o
C luồng không khí thổi qua buồng đốt ( một vài giây ở 800-1200 oC), nơi
oxy hoàn toàn các chất hữu cơ bay hơi xảy ra. Khí đi ra buồng đốt được làm
lạnh trong một chất trao đổi nhiệt và cho qua hệ thống các hạt và hệ thống
sunphua dioxit
Xử lý nhiệt thích hợp đối với mọi loại đất chưa các chất gây ô nhiễm
hưu cơ. Tuy nhiên do phát thải khí nên rất hạn chế thu được những chất hưu
cơ bị halogen hóa và các kim loại nặng. Phụ thuộc vào loại đất (Cát, thịt, sét)
và độ ẩm đất có thể xử lý từ 15-40 tấn/giờ. Các kỹ thuật này sản sinh ra lượng
19
phế thải lớn cần chuyên chở đổ bỏ. Các vật liệu được làm sạch trả lại cho
vùng đất bằng cách rải đều trên mặt ruộng tuy rằng tính chất của chúng có
khác trước (Lê Văn Khoa và Cs)[10].
b. Phương pháp rửa đất (Soil washing)
Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment
technology), là công nghệ được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm, đăc biệt là đất
ô nhiễm kim loại. Quá trình này dựa trên cơ chết hút tách vật lý nhằm loại bỏ
các chất ô nhiễm ra khỏi đất. Quá trình loại bỏ những hạt có kích thước lớn và
chuyển các chất ô nhiễm vào pha lỏng. Đất bị nhiễm độc sẽ trộn với nước rửa,
các hóa chất có thể thêm vào để phân tán sét và chelat hóa các kim loại. Sau
đó đất và nước rửa được tách riêng và đất được trang bằng nước sạch. Các hạt
đất dễ dàng được tách riêng vì tốc độ lắng đọng cao của chúng.
Các hạt đất thô được tách qua sang rửa. Các hạt đất mịn được tách
thường chứa các chất ô nhiễm hơn là đất ban đầu, do đó, phải thực thi giải
pháp xử lý để loại bỏ các chất gây ô nhiễm và cho phép sử dụng nó. Tất
nhiên, những đất bị nhiễm độc cũng có thể được rửa bằng dung môi đặc biệt
để loại bỏ chất hữu cơ, phụ thuộc và hàm lượng tồn dư các chất độc, người ta
có thể xử lý từ 10-40 tấn đất/giờ bằng phương pháp này.
Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hay có chứa các yếu tố hoạt
tính bề mặt. Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl,
EDTA. Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại trong đất và tạo ra một
dung dịch lỏng với nồng độ kim loại cao. Ở những nơi có nhiều hỗn hợp ,
phương pháp này sẽ gặp nhiều khó khan vì khó xác định dung dịch rửa thích
hợp để có thể xử lý các chất theo mục đích. Hơn nữa, đất ô nhiễm với nhiều
phức chất khác nhau, nên phương pháp này tốn kém và không hiệu quả. ( Lê
Văn Khoa và Cs)[10].
20
c. Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul)
Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý chuyển chỗ (ex-situ) đất
nhằm di chuyển các chất độc hại đến một nơi khác an toàn hơn. Với phương
pháp này, các chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất ô nhiễm mà đơn giản
chỉ là đào lên và chuyển đất ô nhiễm đi chỗ khác với hy vọng là không bị ô
nhiễm ở những nơi cần thiết ( Lê Văn Khoa và Cs)[10].
1.1.3.3. Kỹ thuật mềm không cần đào xới
a. Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification)
Phương pháp thuỷ tinh hoá là quá trình xử lý bởi nhiệt, có thể được sử
dụng để xử lý đất tại chỗ hay chuyển chỗ. Đây là quá trình chuyển chất ô
nhiễm thành dạng thuỷ tinh cố định (Stable glassy form). Đối với phương
pháp này, cho dòng điện chạy qua một dãy điện cực than chì, làm nóng chảy
đất ở nhiệt độ rất cao (1500 - 20000C). Thuỷ tinh bền được hình thành, kết
hợp chặt chẽ và cố định kim loại khi đất được làm lạnh. Một nắp đậy khí thải
được nắp đặt trên vùng xử lý. Nắp này được sử dụng để thu nhận và xử lý các
khí thải (các kim loại bay hơi) được thải ra trong suốt quá tình xử lý.
Hiện nay phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi nhưng chỉ được
áp dụng trên diện tích nhỏ, chi phí giá thành cao, yêu cầu kỹ thuật hiện đại
nên người ta cần tìm kiếm những phương pháp khác có hiệu quả kinh tế cao
hơn, thân thiện hơn với môi trường (Lê Văn Khoa và Cs)[10].
b. Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification)
Cố định hoặc cô đặc chất ô nhiễm có thể là phương pháp xử lý nguyên
vị hoặc chuyển vị. Phương pháp này liên quan đến hỗn hợp các chất đặc trưng
được thêm vào đất, hoặc là các thuốc thử/chất phản ứng với đất ô nhiễm để
làm giảm tính linh động và hoà tan của các chất ô nhiễm.
Các tác nhân liên kết được sử dụng bao gồm tro (fly-ash), xi măng
(cement) hoặc bụi lò nung (kiln dust). Mặc dù quá trình này đã được chứng
minh là hiệu quả với chất ô nhiễm là kim loại nặng nhưng lại có khả năng là
21
tác nhân liên kết hoặc thay đổi pH đất. Phương pháp cố định hoặc cô đặc
không xử lý được chất ô nhiễm nền đất (soil matrix) nhưng nó có thể nén các
chất ô nhiễm lại trong môi trường đất (Lê Văn Khoa và Cs)[10].
c. Sự cố định tại chỗ
Trong trường hợp những chất chuyển hóa, tỉnh linh động liên quan
nhiều đến tình trạng hóa lý và vị trí phân bố các chất ô nhiễm. Nếu các
nguyên tố hoặc những hợp chất hữu cơ ( hóa chất BVTV) bị cố định vào cấu
trúc các khoáng chất hoặc mùn. Chúng có thể trở lên linh động hoặc dễ tiêu
sinh học và đặc biệt trong trường hợp các chất hưu cơ, chúng được bảo vệ
theo khía cạnh vật lý và không tiếp cận được với vi sinh vật có khả năng
chuyển hóa chúng. Tất các kỹ thuật xử lý tại chỗ đều dẫn đến sự cố định lâu
dài các chất ô nhiễm đã thể hiện tác dụng tốt. Đặc trung của sự cố định phụ
thuộc vào thời gian. Biểu thời gian là thông số cơ bản liên quan tới những quá
trình xảy ra trong những đất bị nhiễm độc. Tuy nhiên, sự cố định các KLN bởi
các vi sinh vật, thực vật hoặc chất hữu cơ lại xảy ra theo biểu thời gian ngắn.
Thật ra sau khi các vi sinh vật chết hoặc sự chuyển hóa hưu cơ, các nguyên tố
độc hại lại trở lên linh động và dễ tiêu sinh học. Một mặt khác, nếu các KLN
được cố định vào trong cấu trúc của khoáng chất thì có thể cố định lâu dài.
Nhiều chất điều hòa trong đất hoặc phân bón có thể sử dụng cố định chất độc
hoặc làm thay đổi tính chất hóa lý của đất (pH, Eh, chất hữu cơ, sét,...) để cải
thiện sự cố định các chất gây ô nhiễm bởi thể rắn đất hoặc bởi các hóa chất.
Ở nhiều nước công nghiệp phát triển, nhiều khu vực đất ô nhiễm nặng
bởi các chất rất độc hại, người ta sử dụng hệ thống cơ-hóa-lý nhằm ngăn ngừa
sự chuyển động của các chất gây ô nhiễm do rửa trôi, hoạt động mao quản và
di chuyển khí (Lê Văn Khoa và Cs)[10].
22
1.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng
1.1.4.1. Tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng một số nước trên thế giới
Một số nước trên thế giới đưa ra quy định giới hạn KLN đối với đất sử
dụng cho mục đích nông nghiệp. Mục tiêu của giới hạn này là bảo đảm khả
các loại cây trồng, vật nuôi trên đất không bị nhiễm KLN, khi con người sử
dụng các sản phẩm từ nông nghiệp không bị ảnh hưởng bởi các KLN vượt
ngưỡng cho phép trong môi trường đất.
Bảng 1.4: Hàm lượng tối đa cho phép của các KLN được xem là độc
đối với thực vật trong đất nông nghiệp
Đơn vị: mg/kg
Nguyên tố
Áo
Canađa
Ba Lan
Nhật
Anh
Đức
Cu
100
100
100
125
50 (100)
50 (200)
Zn
300
400
300
250
150 (300)
300 (600)
Pb
100
200
100
400
50 (100)
500 (1000)
Cd
5
8
3
-
1 (3)
2 (5)
Hg
5
0,3
5
-
2
10 (50)
Nguồn: Trích theo Lê Văn Khoa và NNK, 2008 [8]
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng đất, việc xây dựng ngưỡng độc hại đối
với các KLN rất khó khăn. Các nước khác nhau có công tác kiểm soát đánh
giá đất ô nhiễm khác nhau. Ví dụ tại Anh, mức độ đánh giá các KLN được
trình bày ở bảng 1.4.
23
Bảng 1.5: Mức độ ô nhiễm KLN ở Anh
Đơn vị: mg/kg
Kim loại
(tổng số)
Ô nhiễm
nhẹ
Ô nhiễm
trung bình
Ô nhiễm
nặng
Ô nhiễm
rất nặng
Sb
30 – 50
50 – 100
100 – 500
> 500
Cd
1–3
3 – 10
10 – 50
> 50
Cr
100 – 200
200 – 500
500 – 2.500
> 2.500
Pb
500 – 1.000
Hg
1–3
3 – 10
10 – 50
> 50
Cu
100 – 200
200 – 500
500 – 2.500
> 2.500
Ni
20 – 50
50 – 200
200 – 1.000
> 1.000
Zn
250 – 500
500 – 1.000
1.000 – 5.000
> 5.000
1.000 – 2.000 2.000 – 10.000
> 10.000
Nguồn: Trích theo Lê Văn Khoa và NNK, 2008 [8]
1.1.4.2. Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng của Việt Nam
Tại Việt Nam đang áp dụng QCVN 03-MT:2015/BTMM, giá trị tối đa
của một số KLN trong tầng đất mặt được quy định tại Bảng 1.6
Bảng 1.6: Giới hạn tối đa hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng
trong tầng đất mặt
TT
Thông số
1
2
3
4
5
6
Asen (As)
Cadimi(Cd)
Chì(Pb)
Crom(Cr)
Đồng(Cu)
Kẽm(Zn)
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất thương
nông nghiệp lâm nghiệp dân sinh công nghiệp mại, dịch vụ
15
1,5
70
150
100
200
20
3
100
200
150
200
15
2
70
200
100
200
25
10
300
250
300
300
(Nguồn : QCVN 03-MT:2015/BTMM)
20
5
200
250
200
300
