Nghiên cứu khả năng cố định một số kim loại nặng của than sinh học (biochar) và tro bay để xử lý đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN NHẬT HIẾU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI
NẶNG CỦA THAN SINH HỌC (BIOCHAR)
VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM DO
KHAI THÁC KHOÁNG SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN NHẬT HIẾU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI
NẶNG CỦA THAN SINH HỌC (BIOCHAR)
VÀ TRO BAY ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM DO
KHAI THÁC KHOÁNG SẢN
Chuyên ngành: Khoa học môi
trường Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đăng Văn
Minh

THÁI NGUYÊN - 2017


i

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được
xuất phát từ yêu cầu thực tế để từ đó hình thành lên hướng nghiên cứu
cho luận văn thạc sĩ dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo GS. TS.
Đặng Văn Minh. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng quy
định và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực chưa từng được ai
công bố trước đây.
Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình!
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017
Học viên

Nguyễn Nhật Hiếu


ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo GS. TS. Đặng Văn
Minh - Trường Đại học Thái Nguyên, người đã định hướng đề tài, cung cấp
tài liệu và tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện
luận văn thạc sĩ này. Em xin được gửi lời cảm ơn tới Khoa Môi trường Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên cùng các thầy cô giáo trong Khoa đã

tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm quý
báu cũng như những tình cảm tốt đẹp cho em trong suốt thời gian học tập
tại Trường.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Phòng Đào tạo sau đại học
- Đại học Nông Lâm Thái Nguyên các thầy cô giáo đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất về cơ sở vật chất cho chúng em được học và nghiên cứu.
Cuối cùng, em xin dành một tình cảm biết ơn đến gia đình và bạn
bè, những người đã luôn ở bên cạnh, động viên, chia sẻ cùng em trong
suốt thời gian học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2017
Học viên

Nguyễn Nhật Hiếu


3

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Quy định mức giới hạn kim loại nặng trong đất..................................... 6

Bảng 1.2.

Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao..................8

Bảng 1.3.

Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý
kim loại nặng trong đất.......................................................................... 9

Bảng 1.4.

Số lượng rơm tính theo các loại cây trồng ở Trung Quốc năm 2002.......18

Bảng 1.5.

Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp.................................................... 21

Bảng 1.6.

Thành phần hóa học của vỏ trấu.......................................................... 21

Bảng 1.7.

Thành phần hóa học của tro bay theo Quốc gia...................................23

Bảng 1.8.

Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu
khác nhau............................................................................................. 24

Bảng 1.9.

Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618.................................................... 25

Bảng 1.10. Phân bố kích thước hạt các phân đoạn tro bay Israel...........................28
Bảng 1.11. Kích thước hạt tro bay thương phẩm................................................... 28
Bảng 1.12. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước.....................31
Bảng 1.13. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030.............31

Bảng 3.1.

Nguồn tro bay của các nhà máy nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
42

Bảng 3.2.

Thành phần, tính chất của tro bay........................................................ 43

Bảng 3.3.

Phân tích mức độ ô nhiễm kim loại trong đất mỏ chì kẽm Làng Hích.......44

Bảng 3.4.

Lượng rơm rạ phát sinh trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.......................45

Bảng 3.5.

Tiềm năng sản xuất than sinh học từ rơm rạ tại tỉnh Thái Nguyên.......46

Bảng 3.6.

Thành phần, tính chất của than sinh học sản xuất từ rơm rạ...............46

Bảng 3.7.

Bảng kết quả phân tích thành phần của đất trước phân tích...............47

Bảng 3.8.

Bảng kết quả các chỉ tiêu pH trong quá trình ủ Biochar, tro bay...........48

Bảng 3.9.

Bảng kết quả các chỉ tiêu Eh trong quá trình ủ Biochar, tro bay...........49

Bảng 3.10. Bảng kết quả các chỉ tiêu EC trong quá trình ủ Biochar, tro bay............50


4
Bảng 3.11. Bảng kết quả các chỉ tiêu kim loại Pb, Zn, Cd (Tất cả kim loại thuộc
dạng di động) sau 90 ngày ủ Biochar, tro bay....................................... 51


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Ước tính lượng rơm rạ ngoài đồng ruộng của một số tỉnh vùng
đồng bằng Sông Hồng.
.............................................................................................................
18

Hình 1.2.

Sự tương phản về kích thước tro bay
27

Hình 1.3.

Biểu diễn đặc trưng dạng cầu của các hạt trong khoảng kích thước
thường thấy nhiều hơn
.............................................................................................................
27

Hình 1.4.

Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF
27

Hình 1.5.

Biểu đồ sản lượng tro bay và phần trăm sử dụng tro bay ở Mỹ
từ 1966-2012
.............................................................................................................
29

Hình 1.6.

Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử
dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008
.............................................................................................................
30

Hình 3.1.

Sơ đồ hành chỉnh tỉnh Thái Nguyên
40

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH...................................................................................................... iv
MỤC LỤC.................................................................................................................... v
MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................... 1
2. Mục tiêu............................................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn............................................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học........................................................................................ 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................ 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................................... 3
1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................... 3
1.1.1. Cơ sở khoa học........................................................................................ 3
1.1.2. Thực tiễn đề tài....................................................................................... 3
1.2. Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm KLN trong đất do khai thác khoáng sản......4
1.2.1. Tại Việt Nam............................................................................................ 4
1.2.2. Tại nước ngoài......................................................................................... 5
1.2.3. Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng........................................................... 6
1.2.4. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm.................................................... 7
1.3. Tổng quan về than sinh học.......................................................................... 10
1.3.1. Than sinh học (TSH) là gì?...................................................................... 10
1.3.2. Tổng quan những nghiên cứu về tính chất của TSH..............................10
1.3.3. Đặc điểm của TSH.................................................................................. 14
1.3.4. Khả năng ứng dụng của TSH.................................................................. 14
1.3.5. Sản xuất TSH.......................................................................................... 16
1.4. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp................................................... 17
1.4.1. Định nghĩa và nguồn gốc phát sinh của phế phụ phẩm nông nghiệp....17

1.4.2. Hiện trạng phế phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và trong nước.....17
1.4.3. Tổng quan về một số loại phế phẩm nông nghiệp tại Việt Nam............19
1.5. Tổng quan về tro bay.................................................................................... 22
1.5.1. Tro bay là gì?.......................................................................................... 22
1.5.2. Tổng quan những nghiên cứu về tính chất của Tro bay.........................22
1.5.3. Đặc điểm của Tro bay............................................................................ 26
1.5.4. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới................29
1.5.5. Khả năng ứng dụng của tro bay trong nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm....32
1.5.6. Tình hình nghiên cứu xử lý và ứng dụng tro bay ở Việt Nam................32
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................ 36
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................ 36
2.1.1. Đối tượng.............................................................................................. 36
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................... 36
2.2. Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 36
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 36
2.3.1. Cách tiếp cận......................................................................................... 36
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU................................................................... 40
3.1. Thực trạng việc khai thác khoáng sản và đất bị ô nhiễm KLN trên đất
khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên................................................................. 40
3.2. Đánh giá nguồn nguyên liệu sản xuất than sinh học (biochar) và tro bay
tại tỉnh Thái Nguyên............................................................................................. 42
3.2.1. Tình hình phát sinh và thành phần tính chất của tro bay nhà máy
nhiệt điện........................................................................................................ 42
3.2.2. Nguồn nguyên liệu rơm rạ và thành phần tính chất của than sinh
học sản xuất từ rơm rạ.................................................................................... 44
3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng của than hoạt tính, tro bay
trên đất sau khai khoáng..................................................................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 54

1. Kết luận........................................................................................................... 54


2. Kiến nghị.......................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 56
PHỤ LỤC


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam có số lượng mỏ khoáng sản lớn Đất tại những vùng sau khi
khai thác khoáng sản rất nghèo kiệt và suy thoái nghiêm trọng (Đặng Văn Minh
và cs, 2011). Việc suy thoái và ô nhiễm môi trường đất đã làm cho những vùng
đất này không có khả năng canh tác nông nghiệp hoặc nếu trồng được cây
nông nghiệp nhưng hiệu quả thấp và sản phẩm nông nghiệp trồng trên đất này
không an toàn cho người sử dụng (Đặng Văn Can và Đào Ngọc Phong, 2000, Phạm
Quang Hà, 2002). Một số nguyên tố kim loại nặng có tính độc hại cao trong đất
sau khai khoáng có thể gây hại tới động, thực vật và con người (Trịnh Thị Thanh,
2002).
Kim loại nặng (KLN) có thể tồn tại ở trạng thái phản ứng (linh động), hay
không phản ứng (cổ định). Để xử lý kim loại nặng trong đất thường cổ định và
ngăn chặn chúng chuyển sang trạng thái linh động. Hướng tiếp cận chính của đề
tài này là: sử dụng than sinh học (từ phế phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ),
tro bay (chất thải của nhà máy nhiệt điện) phối hợp đá apatit hấp phụ và cố
định KLN trong đất sau khai khoáng. Các nguồn nguyên liệu này rất sẵn có hiện
nay và rẻ tiền.
Thái Nguyên hiện có 66 đơn vị hoạt động khai thác khoáng sản với tổng
số mỏ được 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… Tổng diện tích đất trong hoạt động khai
thác chiếm hơn 3.191 ha, tương ứng gần 1% diện tích đất tự nhiên của tỉnh.
Trong quá trình khai thác, các đơn vị đã thải ra một khối lượng 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 m3 đất đá thải/năm), mỏ than Phấn Mễ (hơn 1 triệu m3 đất đá thải/năm)…


2
Nhiều 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 cư cũng đang bị ô nhiễm.
Cụ thể, hàm lượng asen tại mỏ sắt Trại Cau và mỏ thiếc Đại Từ vượt chuẩn
12mg/kg; hàm lượng sắt trong tất cả các mẫu ở Trại Cau, Phấn Mễ, Hà Thượng
đều ở mức cao; hàm lượng kẽm, chì tại một số khu vực cũng vượt chuẩn cho
phép.


Đáng chú ý,tại nhiều khu vực mỏ ở Trại Cau, Đồng Hỷ và một vài điểm ở Phú
Lương, Đại Từ xuất hiện không ít những doanh nghiệp khai thác không phép, không
có thiết kế mỏ, khiến tài nguyên bị tổn thất và môi trường bị ô nhiễm nặng nề.
Nhận thức được ảnh hưởng xấu của đất bị ô nhiễm do khai thác khoáng
sản, dưới sự định hướng của GS.TS. Đặng Văn Minh, tôi lựa chọn đề tài
”Nghiên cứu khả năng cố định một số kim loại nặng của than sinh học
(biochar) và tro bay để xử lý đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản” nhằm đưa
ra giải pháp công nghệ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất bị ô nhiễm
sau khai khoáng.
2. Mục tiêu
- Đánh giá nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ sau thu hoach) để
tạo than sinh học và nguồn nguyên liệu tro bay tại Thái Nguyên.

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ KLN của các loai than sinh học (sản xuất
từ phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ) và tro bay từ phê thải của các nhà máy
nhiệt điện để xủ lý đất bị ô nhiễm KLN do khai thác khoáng sản.
3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu về tính chất của than sinh học và tro bay và thành phần kim
loại nặng có trong đất sau khai khoáng. Phân tích, đánh giá được những chỉ
tiêu trong đất và hàm lượng kim loại nặng trong đất thay đổi như thế nào với
các công thức ủ than sinh học và tro bay khác nhau.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu khả năng xử lý đất bị ô nhiễm do bị ô nhiễm kim loại nặng do
khai thác khoáng sản bằng các vật liệu rẻ tiền và sẵn có tại các địa phương như
than sinh học, tro bay.


CHƯƠNG 1 TỔNG
QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
1.1.1. Cơ sở khoa học
Than sinh học (TSH) được sản xuất từ rơm rạ hiện thường được coi là phế
phụ phẩm nông nghiệp. Các loại TSH đều có đặc điểm chung: Độ xốp cao có khả
năng giữ không khí, giữ nước, chất dinh dưỡng, môi trường sống thích hợp cho
một số vi khuẩn và sự phát triển của thực vật, đồng thời có khả năng hấp thụ của
các KLN.
Tro bay là một loại chất thải rắn sinh ra từ quá trình đốt than từ các nhà
máy nhiệt điện. Mỗi năm, các nhà máy nhiệt điện Việt Nam tiêu thụ gần 14 triệu
tấn than và thải ra khoảng 4,5 triệu tấn tro xỉ phế thải. Đến năm 2020, lượng
tro xỉ thải lên đến 16 triệu tấn/năm. Thành phần hóa học của tro bay chủ yếu là
hỗn hợp các ôxit vô cơ như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO3, MgO, CaO, K2O. Tính hấp
phụ của tro bay là một trong những tính chất quan trọng để xử lý đất ô nhiễm

KLN.
Đá apatit: Apatit có công thức hóa học là: Ca5(PO4)3X (X: Cl, F, OH...), có
khả năng cố định các kim loại nặng. Dùng apatit để xử lý kim loại nặng trong đất
là phương pháp mới đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới với các tên gọi
khác nhau như in-situ remediation technicques (Canađa), phot-phát - induce
metal stabilization (Mỹ).
1.1.2. Thực tiễn đề tài
Qua khảo sát của các nhà khoa học cho thấy, đất đai một số địa phương
trong cả nước tập trung nhiều mỏ khoáng sản đã và đang khai thác bị ô nhiễm
kim loại nặng. Ví như tại Thái Nguyên, ở 4 vùng khai thác mỏ đặc trưng (mỏ
than Núi Hồng, sắt Trại Cau, chì - kẽm làng Hích, xã Tân Long và thiếc núi
Pháo, Hà Thượng), hàm lượng các kim loại như chì (Pb), kẽm (Zn), asen (As),
cadami (Cd) trong đất cao gấp nhiều lần mức cho phép. Trong đó phải kể đến


là khu vực Hà Thượng, huyện Đại Từ, hàm lượng As trong một số mẫu đất cao
hơn quy chuẩn cho phép là 1262 và 467 lần, tương ứng. Tại huyện Yên Lãng,
hàm lượng As trong đất cao hơn quy chuẩn cho phép của Việt Nam là 308 lần,…
Tại huyện Đồng Hỷ, hàm lượng Cd, Pb và Zn ở trong đất Làng Hích, xã Tân Long
cao hơn ở các điểm thu mẫu khác. Đặc biệt, hàm lượng Pb ở trong 03 mẫu là
108,5; 45,1 và 51,3 ppm, đều


vượt Quy chuẩn Việt Nam. Hàm lượng Zn trong các điểm mẫu đó cao hơn
quy chuẩn cho phép khoảng 45 lần. Hàm lượng As và Cd ở 3 điểm lấy mẫu
nêu trên cũng cao hơn khi so với đất không ô nhiễm… (Viện Công nghệ môi
trường, 2010. Báo cáo tổng hợp kết quả Khoa học công nghệ đề tài KC 08.04/0610:).
1.2. Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm KLN trong đất do khai thác khoáng sản
1.2.1. Tại Việt Nam
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 nước và sử vật liệu hấp phụ bằng thực vật.
Đất là một trong những thành phần chủ yếu của môi trường, do đó công
tác quản lý đất là hết sức quan trọng và cấp thiết có thể gây ảnh hưởng trực
tiếp đến chất lượng, môi trường đất. Các hoạt động đô thị, khai khoáng,
nông nghiệp là nguyên nhân gây suy giảm chất lượng đất và các hình thức bảo
vệ nguồn tài nguyên đất là yêu cầu khẩn cấp, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng
trong đất.
Việc khai thác, sản xuất và sử dụng các sản phẩm hóa học (ví dụ như ắc
quy, chất thải công nghiệp, cặn bùn,…) gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất. Bản
thân kim loại nặng cũng tồn tại tự nhiên trong đất nhưng hiếm khi tồn tại ở mức
độ độc hại.
Sự tích lũy kim loại nặng quá mức trong đất gây độc hại cho người dân
và những động vật khác. Các thói quen thải kim loại nặng bừa bãi (trong thời
gian dài) làm thay đổi chuỗi thức ăn. Ngộ độc cấp tính từ kim loại nặng hiếm khi
do ăn vào hoặc tiếp xúc qua da nhưng cũng hoàn toàn có thể. Việc tiếp xúc với
kim loại nặng lâu ngày sẽ gây nên các loại bệnh:
- Chì: Gây thần kinh mệt mỏi và rối loạn
- Cd: Ảnh hưởng đến gan, thận và bộ phận GI
- Arsenic: Đầu độc da, thận và hệ nơ ron trung ương.
Vấn đề thường gây ra bởi các cation kim loại (những nguyên tố trong đất
là do các cation Pb2+ …) như Hg, Cd, Pb, Niken, Cu, Zn, Cl và Mn. Các anion xung


quanh thường là (những nguyên tố trong đất kết hợp với oxy và có điện tích
2âm: MnO4 …) Arsenic, molybdenum, Solenium và Bo. (Theo GS. Lê Huy Bá,

Viện KHCN và QLMT thành phố HCM).
Bên cạnh đó, tro bay và diatomit được biến tính sau đó đưa vào đất ô
nhiễm KLN để khảo sát khả năng hấp phụ Pb2+ và Cd2+ của chúng. Sử dụng vật

liệu điều


chế cho đất ô nhiễm Cd, Pb cho thấy khả năng làm giảm hàm lượng linh động
và trao đổi của những nguyên tố này trong đất. Hiệu suất hấp phụ Pb, Cd trong
đất ô nhiễm Hưng Yên của vật liệu biến tính từ Diatomit Hòa Lộc cao. Lượng vật
liệu bổ sung càng lớn (1-5%) thì hiệu suất hấp phụ càng tăng, hiệu suất hấp phụ
đối với Pb tăng từ 19,30% đến 25,64%, với Cd từ 12,75% đến 39,24%. Vật liệu
tổng hợp từ tro bay cũng cho hiệu suất hấp phụ cao. Lượng vật liệu bổ sung
càng lớn (1-5%) thì hiệu suất hấp phụ càng tăng, hiệu suất hấp phụ đối với
Pb tăng từ 2,82% đến 27,18%, với Cd từ 15,44% đến 41,05%.
Một biện pháp nhằm làm giảm tính độc của KLN trong đất là sử dụng
các chất có khả năng cố định KLN linh động. Nghiên cứu của Bùi Hải An sử
dụng bentonite đã hoạt hóa Na và than bùn Mỹ Đức kết quả thí nghiệm cho
thấy khi bổ sung vào đất xám bạc màu trên nền phù sa cổ bị gây ô nhiễm nhân
tạo Pb và Cd ở ba mức, so sánh với mẫu đối chứng, bentonite và than bùn cho
hiệu quả cố định cao nhất khi bổ sung 10 tấn/ha. Tuy nhiên kết quả chỉ ở dưới
10%. Bentonite và than bùn thể hiện khả năng cố định tốt nhất khi mức ô nhiễm
Cd và Pb ở mức thấp nhất.
1.2.2. Tại nước ngoài
Môi trường bị ô nhiễm do các hoạt động khai khoáng và tuyển quặng
đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu. Hiện
nay, rất nhiều biện pháp đã được sử dụng để xử lý ô nhiễm, giải quyết hậu quả
môi trường liên quan đến các hoạt động khai thác tài nguyên không hợp lý.
Trong đó một số phương pháp đã được ứng dụng thực tế như sử dụng thực
vật hấp thụ ((Kibria, Osman, & Ahmed, 2006), ), sử dụng than sinh học có
nguồn gốc thực vật để hấp phụ ((Fellet, Marmiroli, & Marchiol, 2014), (Xu et
al., 2013), (Yu et al., 2008), (Ahmad, Lee, et al., 2014; Alslaibi, Abustan,
Ahmad, & Foul, 2013; Beesley & Marmiroli, 2011; Bian et al., 2013), sử dụng
một số vật liệu có diện tích bề mặt lớn như tro bay ((González, Moreno, Navia,

& Querol, 2011), khoáng vật đất ((Armandi, Bonelli, Geobaldo, & Garrone,
2010; Biniak, Pakuła, & Szyman, 1999; Biniak,

Pakuła,

Szymański,

&

ŚwiaTko
̧ wski, 1999; Davis & Bhatnagar, 1995; Inyang, Gao, Zimmerman,


Zhang, & Chen, 2014). (Ahmad, Rajapaksha, et al., 2014) đã tổng hợp rất
nhiều nghiên cứu về việc sử dụng than sinh học như là vật liệu hấp thụ chất ô
nhiêm trong đất và nước.


Gần đây, nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm và đầu tư cho các nghiên
cứu phát triển công nghệ xử lý KLN trong nước thải ((Dong, Ma, & Li, 2011), và
đất. Các nghiên cứu tập trung phát triển các loại vật liệu có khả năng kết tủa
hóa học, hấp phụ, trao đổi ion, và màng lọc... Xu hướng chung trong kỹ thuật
phát triển các loại vật liệu này đều tập trung vào nghiên cứu các thành phần và
cấu trúc carbon. Các cấu trúc này có thể được xử lý và tăng cường hoạt tính
bằng một số phương pháp nhiệt độ, hóa chất xúc tác. Năm 2012, Ademiluyi
và công sự đã thực hiện nghiên cứu hiệu quả của một số loại than sinh học như
tre, vỏ dừa, vỏ hạt cọ để hấp thụ các chất kim loại (Cr2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, Fe2+,
Zn2+). Các loại sinh khối này được nhiệt phân ở nhiệt độ 400◦C-500◦C sau đó
biến tính hoạt hóa ở 800oC bằng 6 loại chất xúc tác gồm (H2SO4, HCl, ZnCl2,
H3PO4, NaOH, và HNO3). Quá trình xử lý có ảnh hưởng đáng kể các khoảng hổng

trong than, làm tăng kích thước vi lỗ, do đó có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp
thu KLN (Ademiluyi & David-West, 2012).
1.2.3. Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng
Ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng rất quan trong bới vì công việc làm
sạch đất ô nhiễm rất khó khăn và tốn kém. Việc sử dụng chất thảo công nghiệp
hay bùn phải tuân theo quy định giới hạn do US Environmental Protection
Agency (EPA) đề ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Quy định mức giới hạn kim loại năng trong
đất
(Adapted from USEPA, 1993)
Kim loại
năng
Arsenic
Cadmium
Chronium
Copper
Pead

Nồng độ
lớn nhất
(mg/kg
hoăc
75
85
3000
4300
420

Tốc độ ô nhiễm hàng năm
(kg/ha/năm) (lb/A/năm)

2
1.9
150
75
21

1.8
1.7
134
67
14

Tốc độ ô nhiễm
tích lũy
(kg/ha)

(lb/A)

41
39
3000
1500
420

36.6
34.8
2.679
3.340
375

Mercury
Molybdenum
Nickel
Selenium
Zine

840
57
75
100
7500

15
0.85
0.90
5
140

13.4
0.80
0.80
4
125

300
17
18
100
2800

268
15
16
89
2500


Sự ngăn chặn ô nhiễm kim loại nặng là phương pháp tốt nhất tránh ô
nhiễm kim loại cho đất. Với bảng trên, sự cân bằng tương đối được dùng để chỉ
ra tổng số bùn lớn nhất có thể được dùng.
Những kim loại được giới thiệu là sau quá trình ô nhiễm môi trường
chúng sẽ lưu lại trong đất. Những kim loại không phân ra như bazo cacbon (hữu
cơ). Chỉ loại trừ Hg và Selenium bằng cách biến đổi thành hơi nhờ các vi sinh vật
Tuy nhiên rất khó loại bỏ các kim loại này ra khỏi môi trường.
Cách xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất theo phương pháp truyền
thống có giá trị rất cao với những vùng đất rộng bị ô nhiễm. Cách xử lý có thể
được làm tại chỗ hay chuyên đến nơi khác để xử lý, cả 2 cách này đều rất tốn
kém.
1.2.4. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm
Hiện nay các rất nhiều phương pháp đang được áp dụng và nghiên cứu
như:
- Xử lý bằng nhiệt độ cao (Sản phẩm thủy tinh, các dạng hạt, không có rò
rỉ kim loại)
- Những nhân tố hóa rắn (Sản phẩm vật chất giống xi măng)
- Cách thức làm sạch (lọc ô nhiễm ra ngoài)
Và còn một phương pháp rất hiệu quả, đó là xử lý bằng thực vật.
1.2.4.1. Xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật
Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp
ứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô

nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm
cao và cho sinh khối nhanh. [1,3,6]. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể
thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ
các KLN như:
- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các
loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các loài thực vật này


phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối
cao. Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất (bảng 1.2), nhưng không
đáp ứng được điều kiện thứ hai.
- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn
bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả
năng linh


động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại
khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn.
Bảng 1.2. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại năng cao [17]
Nồng độ kim loại
STT

Tên loài

tích luỹ trong thân
(µg/g trọng lượng

Tác giả/năm công bố

khô)

1

Arabidopsis halleri

13.600 Zn

Ernst, 1968

10.300 Zn

Ernst, 1982

2

(Cardaminopsis halleri)
Thlaspi caerulescens

3

Thlaspi rotundifolium

8.200 Pb

Reeves & Brooks, 1983

4

Minuartia verna

11.000 Pb

Ernst, 1974

5

Thlaspi geosingense

12.000 Ni

Reeves & Brooks, 1983

6

Alyssum bertholonii

13.400 Ni

Brooks & Radford, 1978

7

Alyssum pintodasilvae

9.000 Ni

Brooks & Radford, 1978

8

Berkheya codii

11.600 Ni

Brooks, 1998

9

Psychotria douarrei

47.500 Ni

Baker et al., 1985

10

Miconia lutescens

6.800 Al

Bech et al., 1997

10.000 Al

Watanabe et al., 1998

11

Melastoma
malabathricum

Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế
của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương pháp truyền thống và
phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu, kết
quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1
hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực
vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [17].
Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng
hấp thụ kim loại [33]. Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ,
có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim