Kim loại nặng trong môi trường đất

1
Chủ đề: Kim loại nặng trong môi
trường đất.
Nhóm 3:
Trần Thị Hồng
Nguyễn Thị Huyền
Vũ Đình Thảo
Phạm Thị Hà Nhung
2
Nội Dung
I. Tổng quan.
II. Khái niệm- Phân loại- Hiện trạng.
III. Các dạng tồn tại và chuyển hóa.
IV. Nguyên nhân ô nhiễm kim loại nặng.
V. Tác động của KLN.
VI. Biện pháp xử lý.
3
I. Tổng quan
Ô nhiễm môi trường đất do kim loại nặng đã trở
nên quen thuộc và là đề tài nghiên cứu của rất
nhiều nhà khoa học trong nước, cũng như trên
thế giới.
Ở Việt Nam hiện nay, vấn đề kim loại nặng đã
và đang được quan tâm, chú trọng.
4
II. Khái niệm- Phân loại- Hiện trạng
1. Khái niệm:
- KLN gồm các kim loại có tỷ khối d > 5 g/cm3
- Theo định nghĩa trên các kim loại nặng là : As(5,72 ) , Ag( 10,5 ) ,
Bi( 9,8 ) , Cd( 8,6 ), Co( 8,9 ) , Cu( 8,96 ) , Cr( 7,1 ) , Fe( 7,87 ),
Hg( 13,52 ), Mn(7,44 ), Pb( 11,34 ), Zn (7,1 ).

2. Phân loại
Phân loại theo độ độc:
+ Những kim loại có tính độc cao , nguy hiểm : Hg , Pb , Cd , Ni…
+ Những kim loại có tính độc mạnh : Zn , Fe , Cu , Mn….
Kim loại nặng có hàm lượng thấp hơn so với yêu cầu thì nó
cần thiết cho sự phát triển của cây trồng, nhưng nếu quá lượng
cần thiết của cây sẽ gây độc cho cây và cho đất. Từ đó gián tiếp
tác động đến con người.
5

Hình ảnh một số KLN
•
Hg
•
Zn
•
Pb
•
As
•
Cu
•
Ni
6
3. Hiện trạng.
- Ô nhiễm kim loại nặng trong đất là khả năng tích lũy KLN
trong đắt vượt quá tiêu chuẩn cho phép gây độc đối với con
người, sinh vật và đất.
-
Mỗi năm, thế giới có khoảng:

+ 25 tỉ tấn đất mặt bị rửa trôi,
+ Khoảng hai tỷ ha đất canh tác và đất trồng trên thế giới bị suy
thoái do bị con người sử dụng thiếu khoa học và không có quy
hoạch.
Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất ngày càng đáng quan tâm
do ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và cây trồng.
- Ô nhiễm kim loại nặng xảy ra ở nhiều nước trên thế giới.
+ Nhiều nước Đông Âu trước đây đã phát triển công nghiệp theo
công nghệ cũ và sử dụng rất nhiều loại chế phẩm trong nông
nghiệp nên nước và đất ở nhiều vùng, và nhất là trong cặn lắng
của các dòng sông, bị nhiễm kim loại nặng ở mức độ rất cao,
cao hơn tiêu chuẩn cho phép 1.000 - 10.000 lần.
7
Thông
số
Đất nông
nghiệp
Đất lâm
nghiệp
Đất dân
sinh
Đất
thương
mại
Đất công
nghiệp
1. As 12 12 12 12 12
2. Cd 2 2 5 5 10
3. Cu 50 70 70 100 100
4. Pb 70 100 120 200 300

5. Zn 200 200 200 300 300
Giới hạn hàm lượng tổng số của KLN ở từng đất mặt ở một số loại đất

Đơn vị tính: mg/kg đất khô
(Nguồn: QCVN 03:2008)
8

Hình ảnh một số thành phố ô nhiễm nặng
•
Thiên Tân, Trung Quốc
•
Sukinđa, Ấn Độ
•
Vapi, Ấn Độ
•
La Oroya, Peru
•
Dzerzhinsk, Nga
•
Norilsk, Nga
•
Chernobyl, Ukraine
•
Sumgayit, Azerbaijan
•
Kabwe, Zambia
TP Thiên
Tân
Những người phụ nữ sukida kéo
nước giếng.

Nước ngầm ở đây được cho là
đã nhiễm crôm
Các nhân viên thuộc tổ chức Hòa Bình
xanh đang thu thập mẫu từ nguồn
nước do khu công nghiệp Vapi thải ra
sông Damanganga
Việc khai thác và chế biến khoáng sản đã làm cho
hàm lượng chì nhiễm vào máu của trẻ em ở TP La
Oroya cao ở mức đáng ngại.
Nhà máy Kaprolaktam của công ty cổ
phần Sibur-Neftekhim tại thành phố
Dzerzhinsk.
Lò nấu nickel Nadezhda phun khói
trên bể nước công nghiệp gần
Norilsk.
Một ngôi nhà bị bỏ hoang trong
một khu vực cấm vào quanh lò
phản ứng hạt nhân Chernobyl
Tại một khu công nghiệp
ở Sumgayit
Nhiều thanh niên đang tìm kim loại tại
một mỏ chì bị bỏ hoang ở Kabwe,
Zambia.
9
Ví dụ: hàm lượng Pb trong bùn và trong đất tại xã Chỉ Đạo ( Hưng
Yên) cho thấy Hàm lượng Pb trong bùn ao và đất trồng lúa rất cao,
vượt nhiều lần cho phép.
STT Mẫu nghiên cứu Hàm lượng chì
(ppm)
1 Mẫu bùn trong ao chứa nước thải phá ắc quy 2166

2 Mẫu đất lúa gần nơi nấu chì 387,6
3 Mẫu đất giữa cánh đồng 125,4
4 Mẫu đất gần làng 2911,4
Hàm lượng Pb
lớn hơn 100ppm
được đánh giá là
đất bị ô nhiễm.
- Ở VN, tình hình ô nhiễm KLN nhình chung không phổ biến. Tuy
nhiên, nhiều trường hợp cục bộ gần như khu công nghiệp, đặc biệt là
ở những làng nghề tái chế kim loại, tình trạng ô nhiễm KLN đang
diễn ra khá trầm trọng.
- Trung bình mỗi năm hoạt động tái chế chì đã đưa vào 1kg đất
là 4,34mg Cu, 2,58mg Zn, 2,48mg Pb.
(Nguồn: Sinh thái và môi trường đất_Lê Văn Khoa )
10
-
Tại TP. HCM, kết quả phân tích hiện trạng ô
nhiễm KLN trong đất vùng trồng lúa khu vực
phía Nam TP cho thấy hàm lượng Cu, Zn, Pb, Hg,
Cr trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp
của nước thải công nghiệp P.Nam TP đều tương
đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN
7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích
nông nghiệp. Trong đó hàm lượng Cd vượt quá
tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; Zn vượt quá 1,76 lần.

-
Hà Nội, một trong những đô thị có tỉ lệ thu gom
rác cao nhất, đạt tỉ lệ dao động khoảng 70-80 %
/năm. Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước

ao hồ, ngõ xóm, kênh mương, theo dòng nước
mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường.
11
- Theo thống kê của Viện KH& CNMT – ĐH Bách Khoa Hà
Nội, hiện cả nước có 1.450 làng nghề, chủ yếu tập trung ở
đồng bằng sông Hồng (67,3%), miền Trung (20,5%) và miền
Nam (12,2%). Hàng hoá của các làng nghề đóng góp cho
xuất khẩu trung bình mỗi năm đạt gần 600 triệu USD.
-
Theo các nhà khoa học, khoảng 70– 80 % các nguyên tố
KLN trong nước thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó.
12
- Các dạng tồn tại của kim loại nặng.
+ Liên kết CHC-kim loại nặng.
+ Con đường di chuyển trong đất không chỉ là hấp phụ trao đổi với
keo đất mà chủ yếu ở dạng liên kết với axit mùn fulvic.
+ Dạng tự do.
+ Dạng trao đổi.
+ Tích lũy trong sinh khối của sinh vật: thực vật, động vật đất....
+ Trong phần của những thể rắn khoáng và hữu cơ của đất.
- Sự chuyển hóa các kim loại từ ngưỡng không độc sang ngưỡng độc
phục thuộc vào:
+ Bản chất của nhiều kim loại.
+ Hàm lượng hoặc nồng độ của KLN trong môi trường đất và dung
dịch đất.
+ Phản ứng của đất (pH).
+ Các điều kiện khác như tính đa dạng sinh học của môi trường đất,
chất tạo phức, tạo kết tủa và dạng tồn tại.
III. Các dạng tồn tại và chuyển hóa trong đất
13

- KLN đi vào trong đất không chỉ tích tụ ở một
điểm mà có khả năng lan truyền phụ thuộc vào
các tính chất lý – hóa học của đất như :
+ Thành phần cơ giới
+ pH dung dịch đất
+ Thế ôxi hóa khử
+ Khả năng hấp phụ và trao đổi cation
+ Các vi sinh vật đất
14
Một số KLN có độc tính cao tại các vùng trao
đổi mạnh ngay cả ở hàm lượng tương đối
thấp.
*) As: có nguồn gốc từ đá mẹ, phân bố không đều
ở các dạng đá, và hàm lượng As dao động từ
0,5- 2,5 ppm. Chỉ duy nhất trong trầm tích sét có
As TB khoảng 13ppm.
-
As nằm chủ yếu ở các dạng hợp chất với Al, Fe
và Ca không tan
-
Tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ asenat (AsO
4
3-
)
trong điều kiện oxi hóa và kết hợp với các cation
và kết tủa tạo thành muối arsênat khó tan như
AlAsO
4
, FeAsO
4

,Ca
3
(AsO4)
2
.....
-
Khả năng linh động của As trong đất tăng khi đất
ở dạng khử vì tạo thành các asenit(As III).
Thường két hợp với trầm tích.
15
-
Khi giải phóng tồn tại dưới dạng As
2
O
3
và phần
lớn hấp phụ vào vật liệu dạng hạt khác.
-
As có ái lực mạnh với khoáng sét hay chất hữu
cơ trong đất tạo ra các hợp chất khác nhau
trong đất.
- As dễ hòa tan nhưng khả năng di chuyển bị giới
hạn bởi bề mặt xét, hydroxit, và các chất hữu
cơ.
-
As tồn tại trong môi trường khử ở dạng As
o
, As
3+
.

Dạng anion AsO
2
, AsO
4
2-
, HAsO
4
2-


và H
2
AsO
3
-
bị
hút thu ở pH 7- 9
-
Photphat ảnh hưởng đến khả năng linh động
của As trong đất tiêu thoát tốt do P cạnh tranh
với As trên bề mặt hấp phụ.
16
*) Cadimi: là kim loại màu trắng sáng sỉn, có nguồn gốc địa
chất tự nhiên.
-
Cd tự nhiên trong đất thường ở dạng hóa trị II.
-
Tính di động của Cd phụ thuộc vào pH, loại đất, thành hen
vật lý.
-

Cd thường đi kèm với Zn và có ái lực với S.
-
Cd tồn tại ở dạng không tan: CdO, CdC
3
, Cd
3
(PO
4
)
2
trong
điều kiện oxi hóa.
-
Trong môi trường axit Cd tồn tại ở dạng linh động Cd
2+
-
Quá trình hấp thụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 95% Cd
đưa vào bị đất hấp phụ trong vòng 10 phút.
-
Cd tồn tại ở dạng trao đổi 20- 40%, dạng hớp chất
cacbonat 20%, dạng hiroxit và oxit là 20%, phần liên kết
với phức hữu cơ chiếm tỉ lệ nhỏ.
-
Adriano tổng kết dạng tồn tại của Cd: Dạng trao đổi, dạng
khử, dạng cacbonat, dạng hữu cơ phực hợp, dạng lattice,
dạng sunfit, dạng hòa tan.
17
*) Pb: có màu xám xanh, mền.
-
Chì là nguyên tố có khả năng linh động kém.

-
Theo các nhà khoa học Mỹ: chì tồn tại trong đất ở 10
dạng, hòa tan trong nước, trao đổi, cacbonat, dạng dễ
khử, phức liên kết với chất hữu cơ, kết hợp với oxit Fe ở
dạng vô định hình- tinh thể, dạng sunfit và các dạng còn
lại.
+ Dạng không tan: Pb(OH)
2
, PbCO
3
, PbO, PbS,…
+ Dạng gây ô nhiễm: PbClBr, PbSO
4
, PbS, PbCO
3
, PbCrO
4
…
+ Dạng di động: Pb
2+
.
-
Trong tự nhiên chì tồn tại dưới dạng PbS và bị chuyển
hóa thành PbSO
4
do quá trình phong hóa.
-
Pb
2+
sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào quá trình

trong đất như bị hấp phụ bởi khoáng sét, CHC hoặc oxit
kim loại. Hoặc cố định trở lại dạng hợp chất Pb(OH)
2
,
PbCO
3
, PbO, PbS,…
18
*) Hg:
-
Tồn tại ở 3 dạng: hòa tan, không tan và bay hơi (CH
3
)
2
Hg.
-
Trong đất kiềm pH>7 thủy ngân bị kết tủa ở dạng
Pb(OH)2.
-
Các dạng hợp chất thường gặp: Hg- photpat, Hg- chất
hữu cơ (R HgOH)
-
Trong điều kiện khử: thủy ngân ở dạng HgS.
-
Sự liên kết Hg- S tạo lên hợp chất humic- Hg
-
Sự hấp phụ Hg trong đất phụ thuộc vào dạng Hg, và
khoáng sét illit hấp phụ Hg cao.
-
Vi sinh vật yếm khí tiết ra enzim làm Hg

++
kết hợp với CH
4

tạo thành mêtin thủy ngân sẽ gây độc cho cây
Hg
++
+ CH
4
----- (CH
3
)
2
Hg ---- CH
3
Hg
+
19
Những khoáng
nguyên sinh
Sự phong hóa và hình thành đất
Dung dịch
Ion tự do Phức chất
Sự hấp thụ
bởi TV
Phức chất không tan
với chất hữu cơ
Oxy hóa
Hấp phụ trên
bề mặt

Kết tinh trong kết tủa
được tạo thành
Sự xâm nhập vào
cơ thể sinh vật
Khử
Kết tủa và hòa tan
các oxit, photphat
Khuyếch tán vào bên trong
mạng lưới tinh thể
của khoáng vật
Sự chuyển hóa
hợp chất của KLN
trong quá trình
phong hóa và hình
thành đất
20
III. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng
a. Nguồn gốc tự nhiên.
- KLN có trong đá mẹ, là thành phần của vỏ quả
đất.
- KLN có ở nham thạch của tầng đất: Nguyên tố
Asen (As) .
- Do các quá trình địa hóa.
21
b. Hoạt động nhân tạo:
-
Hoạt động trong công nghiệp:
Tại cống xả của Công ty Sơn Hà Nội ở
tổ 1, thị trấn Cầu Diễn, huyện Từ
Liêm

22
-
Từ chất thải làng nghề:
Chất thải làng nghề Đa Hội- Từ Sơn- Bắc
Ninh
Khai thác và chế tác đá tại Đà Nẵng
23
-
Chất thải bệnh viện:
+ Các hóa chất và kim loại được thải ra trong các hoạt
động của bệnh viện, hóa chất xét nghiệm và sản phẩm
sau xét nghiệm.
+ Hóa chất trị liệu, chất tẩy rửa gia dụng như EDTA,
NTA có khả năng tạo phức mạnh đối với kim loại, đây
cũng là nguyên nhân làm tăng hàm lượng kim loại
nặng.
24
- Chất thải sinh hoạt.
25
-
Hoạt động nông nghiệp:
Hàm lượng kim loại nặng trong các sản phẩm làm phân bón (ppm)
(Nguồn: Sinh thái và Môi trường Đất_Lê Văn Khoa)
Kim
loại
Phân
Photpho
Phân
Nitơ
Đá vôi Bùn

cống thải
Phân
chuồng
Nước
tưới
Thuốc
BVTV
As <1- 1200 2- 120 0,1 – 24 2- 30 <1- 25 <10 3- 30
Cd 0,1- 190 <0,1- 9 <0,05- 0,1 2-3000 <0,1- 0,8 <0,05 -
Hg 0,01- 2 0,3- 3 - <1- 56 <0,01- 0,2 - 0,6- 6
Pd 4- 1000 2- 120 20- 1250 2- 7000 0,4- 16 <20 11- 26