Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------------

LÊ HUYỀN TRANG
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN SINH HỌC SẢN XUấT
TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM
KIM LOẠI NẶNG DO KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trƣờng

Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2012 -2016

THÁI NGUYÊN – 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------------

LÊ HUYỀN TRANG
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THAN SINH HỌC SẢN XUấT
TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM
KIM LOẠI NẶNG DO KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Lớp
Khoa
Khóa học
Giáo viên hƣớng dẫn

: Chính quy
: Khoa học môi trƣờng
: K44 – KHMT – N01
: Môi trƣờng
: 2012 -2016
: Th.S Dƣơng Thị Minh Hòa

THÁI NGUYÊN – 2016


i

LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự đồng ý của Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, khoa Môi trƣờng và cô giáo hƣớng dẫn ThS. Dƣơng Thị Minh Hòa,
em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ
phế phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác
khoáng sản”.
Em xin chân thành cảm ơn tới cô Dƣơng Thị Minh Hòa đã tận tình
hƣớng dẫn và giúp đỡ để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến các thầy cô giáo trong
khoa Môi trƣờng đã truyền đạt và cung cấp kiến thức cho em trong suốt bốn
năm học vừa qua.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn động viên, khuyến khích
và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành khóa luận.
Do thời gian có hạn, năng lực bản thân còn hạn chế nên bài khóa luận
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng
góp của quý thầy cô và các bạn để bài khóa luận của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 2016
Sinh viên

Lê Huyền Trang


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hàm lƣợng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) .. 13
Bảng 2.2: Tiềm năng nguồn sinh khối ở Việt Nam ........................................ 18
Bảng 4.1: Hiện trạng sử dụng đất xã Hà Thƣợng năm 2009 .......................... 26

Bảng 4.2: Tình hình khai thác khoáng sản trên địa bàn xã Hà Thƣợng ......... 30
Bảng 4.3: Hiện trạng sử dụng đất của khu mỏ ................................................ 31
Bảng 4.4: Hiện trạng quản lý đất sau khai thác khoáng sản ........................... 31
Bảng 4.5: Sử dụng lại đất sau khai thác khoáng sản ....................................... 31
Bảng 4.6: Kết quả phân tích đất tại khu vực mỏ thiếc Hà Thƣợng ................ 32
Bảng 4.7: Kết quả phân tích pH và CEC của TSH từ rơm rạ ......................... 33
Bảng 4.8: Hàm lƣợng các nguyên tố trong TSH từ rơm rạ............................. 34
Bảng 4.9: Hàm lƣợng một số chất dinh dƣỡng trong TSH từ rơm rạ ............. 34
Bảng 4.10: Kết quả phân tích pH đất sau 4 tuần ............................................. 35
Bảng 4.11: Kết quả phân tích Pb di động sau 4 tuần ...................................... 37
Bảng 4.12: Kết quả phân tích pH đất sau 8 tuần ............................................. 39
Bảng 4.13: Kết quả phân tích Pb di động sau 8 tuần ...................................... 40


iii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện giá trị pH sau 4 tuần ................................................... 36
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng Pb2+ sau 4 tuần ........................................ 37
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữ pH và nồng độ Pb2+ sau 4 tuần ..... 38
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện giá trị pH sau 8 tuần ................................................... 39
Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện nồng độ Pb2+ sau 8 tuần ............................................. 40
Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa pH và nồng độ Pb2+ sau 8 tuần .... 41


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CEC

Dung tích trao đổi cation của đất

CV%

Hệ số biến động

KLN

Kim loại nặng

LSD05

Giá trị sai khác nhỏ nhất

PAHs

Polycyclic aromatic hydrocarbons

PCP
QCVN
QSD

Phencyclidine
Quy chuẩn Việt Nam
Quyền sử dụng

TBVTV

Thuốc bảo vệ thực vật

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSH
UBND
UNESCO

Than sinh học
Ủy ban nhân dân
Tổ chức Giáo dục, khoa học và văn hóa của Liên Hiệp Quốc


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v
PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ............................................................... 2
1.2.1. Mục tiêu của đề tài........................................................................... 2
1.2.2. Yêu cầu của đề tài ............................................................................ 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................... 3
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ............................... 3
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................. 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4

2.1. Cơ sở khoa học của đề tài ....................................................................... 4
2.1.1. Cơ sở lý luận .................................................................................... 4
2.1.2. Cơ sở pháp lý ................................................................................... 5
2.2. Cơ sở thực tiễn........................................................................................ 6
2.2.1. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới và Việt Nam ........... 6
2.2.2.Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và
Việt Nam ........................................................................................... 11
2.3. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và các phƣơng pháp xử lý ............... 12
2.3.1. Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm KLN trong đất ..................... 12
2.3.2. Các biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất ................................ 14


vi

2.3.3. Một số công trình nghiên cứu đã đƣợc công bố liên quan đến
đề tài .............................................................................................. 16
2.4. Tổng quan về than sinh học.................................................................. 17
2.4.1. Khái niệm than sinh học ................................................................ 17
2.4.2. Tiềm năng TSH ở Việt Nam.......................................................... 17
2.4.3. Lợi ích của TSH trong nông nghiệp .............................................. 19
PHẦN 3.ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 22
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 22
3.2. Địa điểm và thời gian thực hiện ........................................................... 22
3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 22
3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu và các chỉ tiêu phân tích .............................. 22
3.4.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu thứ cấp ........................................... 22
3.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ...................................................... 23
3.4.3. Chỉ tiêu theo dõi và phƣơng pháp lấy mẫu .................................... 23
3.4.4. Phƣơng pháp phân tích .................................................................. 23

3.4.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................. 24
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................... 25
4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ...................................................... 25
4.1.1. Điều kiện tự nhiên ......................................................................... 25
4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .............................................................. 27
4.2. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất sau khai thác tại mỏ thiếc Hà Thƣợng. 29
4.2.1. Tình hình khai thác quặng thiếc và việc quản lý, sử dụng đất sau
khai thác thiếc trên địa bàn xã Hà Thƣợng .............................................. 29
4.2.2. Thực trạng môi trƣờng đất ............................................................. 32
4.3. Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ.. 33
4.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tính chất lý học của TSH từ rơm rạ. 33


vii

4.3.2. Thành phần, hàm lƣợng các nguyên tố có trong TSH từ rơm rạ ... 34
4.4. Nghiên cứu ứng dụng TSH sản xuất từ rơm rạ để xử lý Pb di động
trong đất sau khai thác khoáng sản.............................................................. 35
4.4.1. Hiệu quả xử lý Pb di động sau 4 tuần nghiên cứu ......................... 35
4.4.2. Hiệu quả xử lý Pb di động sau 8 tuần nghiên cứu ......................... 39
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 42
5.1. Kết luận ................................................................................................ 42
5.2. Kiến nghị .............................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU

1.1.Đặt vấn đề
Hiện nay ô nhiễm môi trƣờng đã trở thành vấn đề cấp bách của xã hội.
Do nhiều nguyên nhân khác nhau mà môi trƣờng ngày càng bị ô nhiễm
nghiêm trọng. Đặc biệt không thể không kể đến sự ô nhiễm môi trƣờng đất do
hoạt động khai thác khoáng sản. Việt Nam nói chungvà tỉnh Thái Nguyên nói
riêng có số lƣợng mỏ khoảng sản khá lớn. Đất tại những vùng sau khi khai
thác khoáng sản thƣờng bị suy thoái nghiêm trọng làm cho đất không có khả
năng canh tác nông nghiệp hoặc nếu trồng đƣợc cây nông nghiệp thì hiệu quả
thấp và sản phẩm nông nghiệp trồng trên đất này không đƣợc an toàn cho
ngƣời sử dụng.
Thực tế hiện nay, do điều kiện kinh tế phát triển và sản xuất nông
nghiệp bằng cơ giới hóa, từ đó thói quen sử dụng phụ phẩm nông nghiệp của
ngƣời dân đã thay đổi dẫn đến dƣ thừa một lƣợng rất lớn. Theo Báo Nông
nghiệp Việt Nam ngày 05/03/2012, hoạt động sản xuất nông nghiệp phát thải
trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt, chúng không đƣợc quản lý tốt ở khắp
các vùng miền ở Việt Nam. Tình trạng vứt bỏ rơm rạ, trấu ở trên đồng ruộng,
kênh rạch dẫn đến việc phân hủy chất hữu cơ tạo ra khí metan, ô nhiễm không
khí, sự phân hủy chất hữu cơ làm rửa trôi photpho, kim loại nặng trong môi
trƣờng đất gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Ngoài ra, việc đốt rơm, rạ không những
gây ô nhiễm môi trƣờng, làm gia tăng khí nhà kính trong khí quyển mà còn
ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời.
Than sinh học là sản phẩm đƣợc nhiệt phân yếm khí từ các loại sinh
khối hữu cơ giàu cacbon và có nhiều tác dụng trong sản xuất và đời
sống.Không phải ngẫu nhiên mà than sinh học đƣợc các nhà khoa học ví nhƣ
“vàng đen” của ngành nông nghiệp.Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính


2

ƣu việt của than sinh học trong việc cải thiện tính chất đất và nâng cao suất

cây trồng. Ngoài ra, than sinh học có thể tồn tại nhiều năm trong đất với cấu
trúc tơi xốp, diện tích bề mặt lớn và độ hấp phụ các chất cao nhờ đó 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,…
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó đƣợc sự nhất trí của Ban Giám hiệu
nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa Môi trƣờng Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên, dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của ThS. Dƣơng Thị Minh Hòa, em tiến
hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học sản xuất từ phế
phụ phẩm nông nghiệp để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác
khoáng sản”.
1.2.Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu của đề tài
-Nghiên cứu thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ
rơm rạ.
- Nghiên cứu ứng dụng than sinh học sản xuất từ rơm rạ để xử lý Pb di
động trong đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản.
1.2.2. Yêu cầu của đề tài
- Thí nghiệm đƣợc bố trí trong Phòng Thí nghiệm, đƣợc thực hiện, theo
dõi, ghi chép cụ thể.
- Việc bố trí công thức thí nghiệm phải thực hiện 1 cách ngẫu nhiên.
- Mẫu đƣợc lấy ngẫu nhiên.
- Số liệu phải chính xác, khách quan.


3

1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Giúp cho bản thân nắm đƣợc thực trạng ô nhiễm môi trƣờng đất do
khai thác khoáng sản và việc sử dụng than sinh học trong xử lý đất ô nhiễm

kim loại nặng.
- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra nhiều kinh nghiệm thực tế phục
vụ cho công tác sau này.
- Vận dụng đƣợc các kiến thức đã học vào thực tiễn.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Góp phần cải tạo môi trƣờng đất, sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp
bị dƣ thừa triệt để, cải thiện tính chất lý hóa của đất, cố định kim loại nặng và
nâng cao năng suất nông nghiệp.
- Góp phần giảm phát thải khí nhà kính thông qua hoạt động bón than
sinh học trả lại cho đất.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Cơ sở lý luận
* Môi trƣờng là gì?
Môi trƣờng là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao
quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật.
- Theo UNESCO,môi trƣờng đƣợc hiểu là “Toàn bộ các hệ thống tự
nhiên và các hệ thống do con ngƣời tạo ra xung quanh mình, trong đó con
ngƣời sinh sống và bằng lao động của mình đã khai thác tài nguyên thiên
nhiên hoặc nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của con ngƣời” (Hoàng
Văn Hùng, 2008)
- Theo Luật Bảo vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014, chƣơng 1, điều 3:
“Môi trƣờng là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác
động đối với sự tồn tại và phát triển của con ngƣời và sinh vật” [10].
* Ô nhiễm môi trƣờng là gì?

- Theo định nghĩa của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) thì “Ô nhiễm
môi trƣờng là sự đƣa vào môi trƣờng các chất thải nguy hại hoặc năng
lƣợng đến mức ảnh hƣởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con
ngƣời hoặc làm suy thoái chất lƣợng môi trƣờng”.
- Theo Luật Bảo vệ Môi trƣờng Việt Nam 2014, chƣơng 1, điều 8:
“Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi trƣờng không
phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trƣờng và tiêu chuẩn môi trƣờng gây
ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời và sinh vật” [10].


5

* Khái niệm ô nhiễm môi trƣờng đất:
“ Ô nhiễm môi trƣờng đất đƣợc xem là tất cả các hiện tƣợng làm
nhiễm bẩn môi trƣờng đất bởi các chất gây ô nhiễm”(Lƣơng Văn Hinh và
cs, 2014)[5].
* Khái niệm kim loại nặng
Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có tỷ trọng lớn
hơn 4 hoặc 5. Chúng bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,60), Ag (d=10,50), Bi
(d=9,80), Co (d=8,90), Cu (d=8.96), Cr (d=7,10), Fe (d=7.87), Hg (d=13.52),
Mn (d=7,44),... Ngoài ra các á kim nhƣ As, Se cũng đƣợc xem nhƣ là các kim
loại nặng.
* Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng trong đất
- Ô nhiễm kim loại nặng trong đất: Có một số hợp chất kim loại nặng bị
thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dƣới
tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua trong đất, của nƣớc
mƣa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào
nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm đất.
- Hậu quả của ô nhiễm môi trƣờng đất do kim loại nặng:Đất ô nhiễm
gây tác động đến sức khỏe con ngƣời tiếp xúc trực tiếp (qua da) hoặc qua

đƣờng ăn uống (chất độc chuyển vào tế bào rau quả, khi ăn uống không rửa
tay hoặc rau quả sạch sẽ...). Sự tích tụ các chất độc hại, các kim loại nặng
trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại cho cây trồng, vật
nuôi và gián tiếp gây ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe con ngƣời hay làm thay đổi
cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung
thƣ....(Nguyễn Ngọc Nông, 2007)
2.1.2. Cơ sở pháp lý
Các văn bản mang tính pháp lý liên quan đến lĩnh vực đề tài đang
có hiệu lực:


6

- Luật Bảo vệ Môi trƣờng năm 2014 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hòa xã
hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23 tháng 6
năm 2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2015.
- Luật số 60/2010/QH12: Luật Khoáng sản có hiệu lực thi hành từ ngày
01 tháng 07 năm 2010.
- Nghị định số 15/2012/NĐ-CP ngày 9/3/2012 của Chính Phủ vêf việc
quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật khoáng sản.
- Nghị định 19/2015/NĐ-CP Ngày 14/02/2015 của Chính phủ về việc
quy định chi tiết thi hành một số điều trong Luật Bảo vệ môi trƣờng.
- Thông tƣ 38/2015/TT-BTNMT: Thông tƣ về cải tạo, phục hồi môi
trƣờng trong hoạt động khai thác khoáng sản có hiệu lực thi hành ngày 17
tháng 8 năm 2015.
- QCVN 03: 2008/ BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn
cho phép kim loại nặng trong đất.
2.2. Cơ sở thực tiễn
2.2.1. Thực trạng khai thác khoảng sản trên thế giới vàViệt Nam
2.2.1.1. Trên thế giới

Hoạt động khai thác khoáng sản đã phát triển mạnh từ thập kỷ trƣớc ở
nhiều quốc gia giàu tài nguyên nhƣ Nga, Mỹ, Australia, Campuchia,
Indonesia, Phillipines, Trung Quốc, Ấn Độ, … nhằm đáp ứng nhu cầu ngày
càng gia tăng nguyên liệu khoáng của thế giới nhƣ quặng sắt, chì, kẽm, thiếc,
than đá, đồng và các loại khoáng sản khác, mặc dù khai thác khoáng sản là
nguồn thu quan trọng, thúc đẩy tăng trƣởng kinh tế của nhiều quốc gia, nhƣng
ngành này cũng gắn liền với những tác động môi trƣờng và xã hội nghiêm
trọng, đặc biệt là hiện tƣợng mất đất canh tác, xói lở, suy thoái tài nguyên
rừng và nguồn nƣớc.


7

Do đặc thù, nên ngành khai thác khoáng sản là ngành sử dụng diện tích
đất rất lớn. Hoạt động khai thác khoáng sản dẫn tới suy thoái tài nguyên đất,
tài nguyên rừng, tài nguyên nƣớc là rất lớn.
Các phƣơng pháp khai thác mỏ hiện nay nhƣ nổ mìn hoặc khoan đều
rất thô sơ.Tác động môi trƣờng tiêu cực từ khai mỏ thƣờng xảy ra ngay trong
chính bản thân quá trình khai thác và các hoạt động liên quan nhƣ dọn mặt
bằng mỏ, vận chuyển và chế biến quặng. Suy thoái rừng và ô nhiễm nƣớc do
khai thác khoáng sản không chỉ tác động tới hệ sinh thái mà còn tác động tới
sinh kế của ngƣời dân sống phụ thuộc vào nguồn tài nguyên này.
Điều đáng tiếc là các công ty khai khoáng ở các nƣớc đang phát triển
trên thế giới đều rất ít quan tâm đến tác động môi trƣờng. Vấn đề này lại càng
trở nên trầm trọng hơn bởi một thực tế là thỏa thuận khai thác khoáng sản
giữa chính phủ và các doanh nghiệp còn thiếu minh bạch, và nỗ lực nhằm
kiểm soát nghiêm minh các hoạt động khai khoáng còn bị làm ngơ do sức hấp
dẫn của lợi nhuận mang lại. Những khu vực bị tàn phá do khai thác thƣờng bị
bỏ quên, và tổn hại môi trƣờng hầu nhƣ không thể ngăn chặn đƣợc.
Sự phát triển của các ngành khai thác khoáng sản không đồng bộ với

biện pháp bảo vệ, cải tạo, phục hồi môi trƣờng đã để lại những hậu quả suy
thoái môi trƣờng tại các khu vực khai thác khoáng sản:
- Một diện tích lớn đất nông nghiệp, lâm nghiệp trƣớc đây bị chiếm
dụng cho mục đích khai thác khoáng sản vẫn để hoang hóa sau khi khai thác.
- Tầng đất mặt bị xáo trộn gây khó khăn cho việc hoàn thổ, phục hồi
môi trƣờng sau khai thác.
- Cân bằng nƣớc khu vực bị phá vỡ, gia tăng các hiện tƣợng trƣợt lở,
bồi lấp, tích tụ các chất rắn do sự biến đổi chế độ thủy văn của dòng chảy mặt
và dòng chảy ngầm.
- Làm suy thoái thảm thực vật, suy giảm diện tích rừng, cạn kiệt trữ
lƣợng gỗ,…


8

- Chất lƣợng nƣớc ở các vùng khai thác khoáng sản bị ảnh hƣởng. Phần
lớn nƣớc ở các vùng khai thác khoáng sản đều bị ảnh hƣởng bởi độ đục
cao do lƣợng bùn mịn trong nƣớc thải cao. Các loại thuốc tuyển còn dƣ trong
bùn thải cũng có khả năng gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận. Ở một số khu vực
đất đá thải còn có tiềm năng hình thành dòng axit mỏ có khả năng hòa tan
cáckim loại nặng độc hại là nguồn ô nhiễm tiềm tàng đối với nƣớc mặt và
nƣớc ngầm khu vực.
- Các sự cố và rủi ro môi trƣờng tại các vùng khai thác nhƣ trƣợt lở,
sập hầm…
Ở các nƣớc có ngành công nghiệp khai thác mỏ phát triển nhƣ Anh,
Thụy Điển, Australia, … và một số nƣớc khác trong khu vực nhƣ Malaysia,
Indonesia vấn đề hoàn thổ, phục hồi môi trƣờng đã trở thành một quy chế bắt
buộc. Trƣớc khi tiến hành các hoạt động khai thác, chủ mỏ bắt buộc phải lập
kế hoạch hoàn thổ phục hồi môi trƣờng.Kế hoạch này nhƣ một bộ phận không
thể tách rời của kế hoạch khai thác mỏ. Trong kế hoạch hoàn thổ phục hồi

môi trƣờng những vấn đề nhƣ: hƣớng dẫn sử dụng đất sau khai thác, quy trình
công nghệ hoàn thổ, tiến độ thực hiện và kinh phí đƣợc đề cập rất chi tiết
với những hƣớng dẫn cụ thể và khoa học [11].
Nhƣ vậy, hoạt động khai thác khoáng sản trên thế giới đã góp phần
không nhỏ trong phát triển kinh tế của các quốc gia. Tuy nhiên, hoạt động này
lại gây ra những tác động tiêu cực đến môi trƣờng, làm ô nhiễm, suy thoái
môi trƣờng.
2.2.1.2. Ở Việt Nam
Việt Nam có hơn 5.000 điểm mỏ với khoảng 60 loại khoáng sản
khác nhau và có 1.100 doanh nghiệp khai khoáng.Hiện ngành khai thác
khoáng sản đang góp phần tích cực vào việc phát triển kinh tế đất nƣớc.
Tuy nhiên, hoạt động khai thác khoáng sản đã và đang tác động xấu đến


9

môi trƣờng xung quanh nhƣ: tác động đến cảnh quan và hình thái môi
trƣờng, tích tụ và phát tán chất thải, làm ảnh hƣởng đến việc sử dụng
nguồn nƣớc, ô nhiễm nƣớc, tiềm ẩn nguy cơ về dòng thải axit mỏ…
Những hoạt động khai thác khoáng sản, đặc biệt khai thác than, titan,
bôxítđang phá vỡ cân bằng hệ sinh thái, gây ô nhiễm nặng nề với môi
trƣờng, trở thành vấn đề cấp bách với cộng đồng. Ông Lê Trình, Viện
trƣởng Viện Khoa học môi trƣờng và Phát triển cho biết: Hiện hoạt động
khai thác than đang gây ra tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng.
Để sản xuất 1 tấn than, doanh nghiệp cần bóc đi từ 8 đến 10 m³ đất phủ và
thải từ 1 đến 3 m³ nƣớc thải mỏ. Chỉ tính riêng năm 2006, các mỏ than
của Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam đã thải ra môi
trƣờng 182,6 triệu m³ đất đá; khoảng 70 triệu m³ nƣớc thải mỏ dẫn đến
một số vùng thuộc tỉnh Quảng Ninh bị ô nhiễm đến mức báo động nhƣ
Mạo Khê, Uông Bí, Cẩm Phả… Theo Trung tâm tƣ vấn và Công nghệ môi

trƣờng (Bộ Tài nguyên- Môi trƣờng) việc khai tác titan tại tỉnh Bình
Thuận đang gây ra ô nhiễm đất, nguồn nƣớc và không khí và gây mất ổn
định cuộc sống ngƣời dân xung quanh khu vực khai thác nhƣ: Xã Hoàn
Thắng (Bắc Bình), xã Thuận Quý, xã Tân Thành (Hàm Thuận Nam)…
Ngoài ra, khai thác titan còn gây ra ô nhiễm hóa chất và ô nhiễm phóng xạ
ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời dân. Ông Trình cũng đánh giá: Việc khai
thác bôxít ở Tây nguyên sẽ thải ra một lƣợng lớn bùn đỏ gây ô nhiễm môi
trƣờng nghiêm trọng. Doanh nghiệp muốn sản xuất 1 tấn alumina (Al2O3),
phải khai thác ít nhất 2 tấn quặng bôxít và thải ra 1,5 tấn bùn đỏ. Khi các
hồ chứa bùn đỏ tại các mỏ khai thác bôxít bị sói lở tràn ra sông suối và đổ
về sông Đồng Nai- nguồn nƣớc sinh hoạt của 12 triệu dân khu vực phía
Nam sẽ ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe của ngƣời dân [7].


10

*Thực trạng khai thác khoáng sản ở Thái Nguyên
Thái Nguyên hiện có 66 đơn vị hoạt động khai thác khoáng sản với
tổng số mỏ đƣợc cấp phép khai thác lên tới 85, trong đó có 10 điểm khai
thác than, 14 điểm khai thác quặng sắt, 9 điểm khai thác quặng chì kẽm,
24 điểm khai thác đá vôi, 3 điểm khai thác quặng titan, 01 điểm khai thác
Vonfram đa kim, 04 điểm khai thác vàng, 02 điểm khai thác đôlômit, 02
điểm khai thác barit, 02 điểm khai thác Phôtphorit,… Tổng diện tích đất
trong hoạt động khai thác chiếm hơn 3.191 ha tƣơng ứng gần 1% diện tích
đất tự nhiên của tỉnh [12].
Trong quá trình khai thác, các đơn vị đã thải ra một khối lƣợng lớn
đất đá thải, làm thu hẹp và suy giảm diện tích đất canh tác, điển hình là
các bãi thải tại mỏ sắt Trại Cau (gần 2 triệu m3 đất đá thải/năm), mỏ than
Khánh Hòa (gần 3 triệu m 3 đất đá thải/năm), mỏ than Phấn Mễ (hơn 1
triệu m3 đất đá thải/năm) [12].

Cũng theo khảo sát của nhóm tác giả thuộc Trƣờng Đại học Nông
Lâm Thái Nguyên đăng trên Tạp chí Khoa học Đất số 36/2011, hầu hết
các mẫu đất tại các khu vực khai khoáng đều có biểu hiện ô nhiễm kim
loại nặng, đặc biệt, một số mẫu gần khu sinh sống của dân cƣ đang bị ô
nhiễm. Cụ thể, hàm lƣợng As tại mỏ sắt Trại Cau và mỏ thiếc Đại Từ vƣợt
chuẩn 12mg/kg; hàm lƣợng sắt trong tất cả các mẫu ở Trại Cau, Phấn Mễ,
Hà Thƣợng đều ở mứccao; hàm lƣợng kẽm, chì tại một số khu vực cũng
vƣợt quy chuẩn cho phép [8].
Hoạt động khai thác có những ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng canh
tác nông nghiệp tại các khu vực gần mỏ khai thác. Ô nhiễm môi trƣờng tại
khu vực mỏ thiếc Đại Từ, mỏ sắt Trại Cau,…đã làm suy giảm nghiêm
trọng chất lƣợng đất canh tác nông nghiệp, ảnh hƣởng đến năng suất cây
trồng, ảnh hƣởng rất lớn đến môi trƣờng đất tại khu vực mỏ và xung


11

quanh mỏ. Quá trình khai thác, bốc xúc lƣợng lớn đất đá và đổ thải đã làm
giảm diện tích đất canh tác nông nghiệp, gây ô nhiễm lý hoá đất, làm khả
năng giữ nƣớc và các chất dinh dƣỡng của đất bị suy giảm. Bên cạnh đó,
một số tác nhân gây ô nhiễm nhƣ KLN có khả năng tích luỹ trong đất, qua
đó có ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng nông sản và gián tiếp ảnh hƣởng
đến sức khoẻ con ngƣời [7].
2.2.2.Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam
2.2.2.1. Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới
Nhu cầu gạo dự kiến sẽ vẫn mạnh mẽ trong vài thập kỷ tới do sự
tăng trƣởng kinh tế và dân số ở các nƣớc châu Phi và châu Á. Đến năm
2020, tổng lƣợng tiêu thụ gạo sẽ là 450 triệu tấn, tăng 6,6% so với 422
triệu tấn vào năm 2007. Nhìn chung, ngành sản xuất lúa gạo sẽ vẫn duy trì
ổn định trong một thời gian dài, dẫn đến việc phụ phẩm từ cây lúa vẫn ở

mức cao [3].
2.2.2.2. Tình hình sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam
Với sản lƣợng l ha ƣớc tính năm 2013 của cả nƣớc trên 40 triệu tấn,
nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và tỉ lệ giữa trọng lƣợng trấu trên trọng
lƣợng hạt là 0,2 thì cả nƣớc có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn
trấu. Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn.Ngoài ra, còn có phế
phụ phẩm từ các loại cây khác nhƣ mía, ngô, đỗ…. [3].
Đặc biệt ở nƣớc ta hiện tƣợng đốt rơm rạ ngay trên đồng ruộng hiện
nay đã lan ra khá phổ biến ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng
sông Cửu Long. Biện pháp xử lý này vừa không đem lại hiệu quả kinh tế
mà còn gây lãng phí, làm ô nhiễm môi trƣờng và trong tƣơng lai gần cần
phải loại bỏ.


12

2.3. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và các phƣơng pháp xử lý
2.3.1. Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm KLN trong đất
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) [14].
*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
nuớc 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


13

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.
- Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp
Quá trình sản xuất nông đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất.
Các loại thuốc bảo vệ thực vật thƣờng chứa As, Hg, Cu,... trong khi các
loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As.
Bảng 2.1: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm)
Bùn

Phân

Nƣớc

chuồng

tƣới

2-30

<1-25

<10

3-30

-

<1-100

-

-

-

<0,1-9

<0,05-0,1

2-3000

<0,01-0,8 <0,05

0,01-2

0,3-3

-

<1-56

<0,01-0,2

-

0,6-6

Pb

4-1000

2-120

20-1250

2-7000

0,2-16

<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

Phân

Phân

loại

Photpho

Nitơ

As

<1-1200

2-120

0,1-24

Bi

-

-

Cd

0,1-190

Hg

Đá vôi

cống
thải

TBVTV

-

(Nguồn: Lê Văn Khoa,2004)[9]
Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và
vôi. Hàm lƣợng Cu, Zn, Pb, trong các loại phân hoá học (ure, Ca(HCO3)2,
Sufat-Fe, Cu...) và khối lƣợng KLN nhiễm vào đất theo đƣờng phân bón


14

là rất lớn. Khả năng ngấm, rửa trôi và cây không hấp thụ hết là nguyên
nhân gây ô nhiễm, suy thoái chất lƣợng đất.
Có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu gây hại cho mùa màng cũng là
nguyên nhân tạo ra KLN trong đất. Ví dụ nhƣ: HgCl 2 và các hợp chất thuỷ
ngân hữu cơ là thuốc diệt vật gây hại nhƣ sên cạn. Trong quá trình sử
dụng chắc chắn Hg sẽ xâm nhập vào chuỗi thức ăn, gây hiện tƣợng phóng
đại sinh học.Khi đó tác động tới không chỉ động thực vật mà ngay cả sức
khoẻ con ngƣời chúng ta [20].
2.3.2. Các biện pháp xử lý ô nhiễm KLN 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 (>800ºC) các kim loại nặng. Tuy nhiên, hầu hết các kim loại nặng này

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 từ100 - 150
USD/tấn [13].


15

c. Phương pháp xử lý đất bằng tách chiết, phân cấp cỡ hạt
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 chỗđất 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


16

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 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 [13].
2.3.3. Một số công trình nghiên cứu đã được công bố liên quan đến đề tài
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về khả năng hấp phụ KLN trong đất bởi
các vật liệu tự nhiên còn hạn chế.Các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào
khả năng loại bỏ KLN trong nƣớc và sử dụng vật liệu hấp thụ bằng thực
vật.Đến nay ngƣời ta đã phát hiện đƣợc trên 450 loài thực vật có khả năng hấp
thụ kim loại nặng trong đất. Điển hình nhƣ: cây dƣơng xỉ, cỏ vetiver, lau, sậy,
cỏ mần trầu, cải xoong, rau muống….
Một số công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài:
- GS.TS. Đặng Đình Kim. Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất
bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản.
- Đặng Văn Minh, Nguyễn Duy Hải. Nghiên cứu biện pháp xử lý sinh
khối cây dƣơng xỉ và vetiver hấp phụ kim loại nặng sau khi trồng trên đất sau
khai khoáng. Tạp chí Khoa học Công nghệ ĐHTN. Tập 119, số 5, 2014.
- Đặng Văn Minh, Nguyễn Duy Hải.Nghiên cứu biện pháp cải tạo,
phục hồi và sử dụng đất sau khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên. Tuyển tập

kết quả nghiên cứu các đề tài thuộc dự án Khoa học Công nghệ Nông nghiệp.
- Trần Thị Phả. Nghiên cứu khả năng tích tụ một số kim loại nặng trong
đất và trong rễ các loài thực vật chủ yếu tại khu vực khai thác quặng ở huyện
Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.