Nghiên cứu sử dụng các chỉ thị hóa sinh để đánh giá mức độ ô nhiễm Asen trong nước khoan và mối tương quan với thâm nhiễm Asen trên người

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

PHẠM ANH HÙNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE TỰ NHIÊN VÀ TRO BAY ĐỂ
HẤP PHỤ Cd VÀ Pb TRONG ĐẤT VÀ NƯỚC Ô NHIỄM

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI, NĂM 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

PHẠM ANH HÙNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE TỰ NHIÊN VÀ TRO BAY ĐỂ
HẤP PHỤ Cd VÀ Pb TRONG ĐẤT VÀ NƯỚC Ô NHIỄM
CHUYÊN NGÀNH:
MÃ SỐ:

MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC
62440303.

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải
TS. Nguyễn Xuân Thành

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực từ kết quả tham
gia thực hiện đề tài nghiên cứu và luận án. Để thực hiện luận án tôi đã trực
tiếp tham gia vào đề tài nghiên cứu và được chủ trì đồng ý để phục vụ cho
luận án của tôi như là kết quả đào tạo của đề tài. Một số kết quả đã được
chúng tơi cơng bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của
đồng tác giả phù hợp với các quy định hiện hành.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả
nghiên cứu trình bày trong luận án của mình.
Tác giả luận án

NCS. Phạm Anh Hùng


LỜI CẢM ƠN
Hồn thành luận án này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, người đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận
tình, cho tơi những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
trong suốt quá trình nghiên cứu luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn TS. Nguyễn Xuân Thành đã giúp đỡ và
hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt q trình nghiên cứu. Tơi cũng nhận được sự
động viên và giúp đỡ tận tình của các thầy cơ, các anh chị và các bạn trong

nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường đất, Khoa Môi
trường, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ qúy báu đó.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ, động viên của gia đình và
bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận án này.
Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2017
Nghiên cứu sinh

Phạm Anh Hùng


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC .............................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... 6
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................ 10
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 11
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 11
2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................... 13
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.......................................................................... 13
4. Những đóng góp mới ....................................................................................... 14
5. Cấu trúc của luận án ......................................................................................... 14
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 15
1.1. Tổng quan về kim loại nặng (KLN) .............................................................. 15
1.1.1. Khái niệm KLN .......................................................................................... 15
1.1.2. Tính độc hại của KLN ................................................................................ 15
1.1.3. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất .................................... 17
1.1.4. Nguồn KLN (Cd và Pb) trong đất .............................................................. 19
1.1.2. Sự cố định, biến đổi và khả năng chuyển hoá KLN trong đất ................... 21

1.1.3. Ô nhiễm KLN (Cd và Pb) ở Việt Nam ...................................................... 25
1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý KLN (Cd và Pb) trong đất, nước ........... 29
1.3. Tổng quan các vật liệu diatomite và tro bay ................................................. 34
1.3.1. Diatomite .................................................................................................... 34
1.3.2. Tro bay ....................................................................................................... 39
1.4. Một số phương pháp nâng cao hoạt tính của vật liệu hấp phụ ...................... 46
1.4.1. Phương pháp nhiệt hóa ............................................................................... 46
1.4.2. Xử lý axit/kiềm hóa .................................................................................... 46
1.4.3. Hoạt hóa với các chất hoạt động bề mặt .................................................... 47
1.4.4. Phương pháp phủ bọc ................................................................................. 48
1.4.5. Zeolit hóa ................................................................................................... 48
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 53
2.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 53
2.1.1. Đất và nước dùng để thí nghiệm ................................................................ 53
2.1.2. Vật liệu sử dụng nghiên cứu ...................................................................... 53
2.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 54
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 54
1


2.3.1. Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu ...................................... 54
2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa ................................................................... 54
2.3.3. Phương pháp phân tích ............................................................................... 55
2.3.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm................................................................... 56
2.3.5. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu ........................................................ 61
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 67
3.1. Các tính chất cơ bản của vật liệu hấp phụ ..................................................... 67
3.1.1. Các tính chất cơ bản của diatomite Hòa Lộc tự nhiên (D-HL) .................. 67
3.1.2. Các tính chất cơ bản của tro bay ................................................................ 67

3.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ diatomite Hòa Lộc (D-HL) ....................... 68
3.2.1. Ảnh hưởng của lượng NaOH và Al(OH)3.................................................. 69
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ............................................................. 71
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................ 72
3.2.4. D-HL biến tính và sự thay đổi các tính chất lý hóa học của D-HL ........... 76
3.3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tro bay Nhà máy Nhiệt điện
Phả Lại (T-PL) ..................................................................................................... 81
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ kiềm .................................................................... 81
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................ 83
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ............................................................. 85
3.3.4. T-PL biến tính và những thay đổi về tính chất lý hóa học ......................... 87
3.4. Kết quả thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN Cd, Pb trong đất ô nhiễm .................. 93
3.4.1. Các tính chất cơ bản của đất dùng để thí nghiệm ...................................... 93
3.4.2. Hiệu suất hấp phụ Cd và Pb trong môi trường đất của vật liệu D-HL trước
và sau biến tính ..................................................................................................... 93
3.4.3. Hiệu suất hấp phụ Cd và Pb của vật liệu T-PL trước và sau biến tính ............. 104
3.4.4. So sánh hiệu suất hấp phụ Cd và Pb của vật liệu D-HL và
T-PL biến tính .................................................................................................... 111
3.5. Kết quả thử nghiệm vật liệu hấp phụ KLN Cd, Pb trong môi trường nước 112
3.5.1. Khả năng hấp phụ Cd và Pb trong nước của vật liệu D-HL trước và sau
biến tính .............................................................................................................. 112
3.5.2. Khả năng hấp phụ Cd và Pb trong nước của vật liệu T-PL trước và sau biến
tính ...................................................................................................................... 123
3.5.3. So sánh động học hấp phụ của các vật liệu .............................................. 134
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 138
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .......................................................................... 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 141
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 153

2


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đề xuất hàm lượng tối đa cho phép (MAC) của KLN được xem là độc
đối với thực vật trong các đất nông nghiệp .......................................................... 18
Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam QCVN 03-MT:2015/BTNMT quy định về hàm
lượng KLN trong đất cho một số mục đích sử dụng nông nghiệp khác nhau. ........... 18
Bảng 1.3: Hàm lượng của các KLN điển hình trong các loại đá (g/g) .............. 19
Bảng 1.4: Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng làm phân
bón trong nơng nghiệp (ppm) ............................................................................... 20
Bảng 1.5: Ảnh hưởng của pH, Eh của đất tới khả năng di động các KLN trong
đất ......................................................................................................................... 21
Bảng 1.6: Ái lực hấp phụ các kim loại nặng của các hợp phần đất ..................... 22
Bảng 1.7: Hàm lượng Pb và Cd trong các loại phân bón bán trên thị trường vùng
ĐBSCL ................................................................................................................. 26
Bảng 1.8: Hàm lượng chì (Pb) trong một số mẫu đất và mẫu bùn ao ở Chỉ Đạo Văn Lâm - Hưng Yên ........................................................................................... 28
Bảng 1.9: Thành phần hóa học của diatomite ...................................................... 34
Bảng 1.10: So sánh một số tính chất về khả năng hấp phụ của T-PL biến tính với
nguồn tro bay khác và biến tính bằng phương pháp khác nhau. .......................... 38
Bảng 1.11: Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam trong ..................... 40
Bảng 1.12: Lượng tro thải của Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại ............................... 40
Bảng 1.13: Thành phần hóa học của tro bay ở các nước khác nhau .................... 41
Bảng 1.14: So sánh một số tính chất về khả năng hấp phụ của T-PL biến tính với
nguồn tro bay khác và biến tính bằng phương pháp khác nhau. .......................... 45
Bảng 2.1: Tỷ lệ phối trộn giữa đất và vật liệu D-HL trước và sau biến tính ...... 59
Bảng 2.2: Tỷ lệ phối trộn giữa đất và vật liệu T-PL trước và sau biến tính ........ 60
Bảng 2.3: Các phương pháp phân tích tính chất lý hóa học của diatomite .......... 62
Bảng 2.4: Các phương pháp phân tích tính chất lý hóa học của tro bay.............. 63
Bảng 2.5: Mối tương quan của RL và dạng mơ hình ............................................ 65

Bảng 3.1: Các tính chất lý hóa học của D-HL ..................................................... 67
Bảng 3.2: Các tính chất lý hóa học cơ bản của T-PL ........................................... 68
Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa nồng độ NaOH/Al(OH)3 với CEC của D-HL ......... 70
Bảng 3.4: Mối quan hệ giữa nhiệt độ với CEC của vật liệu D-HL ...................... 71
3


Bảng 3.5: Thời gian khuấy từ và giá trị CEC của vật liệu D-HL ........................ 73
Bảng 3.6: Thành phần khoáng vật của D-HL trước biến tính .............................. 79
Bảng 3.7: Diện tích bề mặt của vật liệu D-HL trước và sau biến tính ................. 80
Bảng 3.8: Tính chất của vật liệu D-HL biến tính ................................................. 81
Bảng 3.9: Mối quan hệ giữa nồng độ NaOH với CEC của T-PL biến tính......... 82
Bảng 3.10: Mối tương quan giữa thời gian phản ứng với CEC
của T-PL biến tính ................................................................................................ 83
Bảng 3.11: Mối tương quan giữa nhiệt độ khuấy từ và CEC
của T-PL biến tính ................................................................................................ 85
Bảng 3.12: Thành phần khoáng vật của T-PL trước và sau biến tính .................. 90
Bảng 3.13: Diện tích bề mặt T-PL trước và sau biến tính ................................... 91
Bảng 3.14: Các tính chất cơ bản của vật liệu T-PL trước và sau khi biến tính ... 92
Bảng 3.15: Tính chất hóa học của đất ơ nhiễm (tầng đất 0-30 cm) ..................... 93
Bảng 3.16: Hiệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đưa D-HL trước biến tính
vào đất .................................................................................................................. 94
Bảng 3.17: Hiệu suất hấp phụ Pb trong đất khi đưa D-HL trước biến tính vào đất .. 96
Bảng 3.18: Hiệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đưa D-HL biến tính vào đất..... 99
Bảng 3.19: Hiệu suất hấp phụ Pb trong đất khi đưa D-HL biến tính vào đất ............. 102
Bảng 3.20: Hiệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đưa T-PL trước biến tính
vào đất ................................................................................................................ 105
Bảng 3.21: Hiệu suất hấp phụ Pb trong đất khi đưa T-PL trước biến tính
vào đất ................................................................................................................ 106
Bảng 3.22: Hiệu suất hấp phụ Cd trong đất khi đưa T-PL biến tính vào đất .... 107

Bảng 3.23: Hiệu suất hấp phụ Pb trong đất khi đưa T-PL biến tính vào đất .... 109
Bảng 3.25: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 113
Bảng 3.25: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 114
Bảng 3.26: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 115
Bảng 3.27: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 117

4


Bảng 3.28: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 118
Bảng 3.29: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 119
Bảng 3.30: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 121
Bảng 3.31: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 122
Bảng 3.32: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 124
Bảng 3.33: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 125
Bảng 3.34: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 126
Bảng 3.35: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 128
Bảng 3.36: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình

hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 129
Bảng 3.37: Nồng độ Cd2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 130
Bảng 3.38: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................................ 132
Bảng 3.39: Nồng độ Pb2+ sau xử lý và tính tốn các số liệu thiết lập phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ........................................................................... 133
Bảng 3.40: Các thơng số động học hấp phụ Pb2+ và Cd2+ trên T-PL và D-HL biến
tính ...................................................................................................................... 134

5


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ phục hồi đất ơ nhiễm Pb và Cd ................................ 30
Hình 1.2: Ảnh chụp SEM diatomite Hòa Lộc (phải), Bảo Lộc (giữa) và diatomite
Tuy Dương (trái) .................................................................................................. 35
Hình 1.3: Ảnh chụp SEM Tro thơ đáy lị (trái) và tro bay (phải) ........................ 40
Hình 1.4: Ảnh chụp tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 dưới kính hiển vi
điện tử quét (SEM) ............................................................................................... 42
Hình 1.5: Q trình hịa tan, tái kết tinh zeolite ................................................... 49
Hình 2.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .................................................. 65
Hình 2.2: Đồ thị sự phụ thuộc của Ce/Qe và Ce ................................................. 65
Hình 2.3: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ................................................ 66
Hình 2.4: Đồ thị sự phụ thuộc của lnqe vào lnCe ............................................... 66
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn quan giữa CEC của vật liệu tổng hợp với nồng độ
NaOH và Al(OH)3 ................................................................................................ 69
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ NaOH/lượng Al(OH)3
đến CEC của sản phẩm ........................................................................................ 70
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến CEC của

vật liệu D-HL ....................................................................................................... 72
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy từ đến CEC của vật
liệu ........................................................................................................................ 73
Hình 3.5: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu D-HL .............................................. 75
Hình 3.6: Kết quả chụp nhiễu xạ tia X (XRD) của D-HL trước biến tính ........... 77
Hình 3.7: Kết quả chụp nhiễu xạ tia X(XRD) của D-HL sau biến tính ............... 78
Hình 3.8: Hình thái của D-HL ban đầu và sau khi biến tính ............................... 79
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ của NaOH đến CEC của TPL biến tính. ......................................................................................................... 82
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy từ đến CEC của vật
liệu T-PL .............................................................................................................. 84
Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy từ đến CEC
của T-PL ............................................................................................................... 85
Hình 3.12: Sơ đồ quy trình biến tính vật liệu T-PL ............................................. 86

6


Hình 3.13: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu T-PL ban đầu ................................... 88
Hình 3.14: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu T-PL sau biến tính ........................... 89
Hình 3.15: Hình thái T-PL trước và sau khi biến tính ......................................... 91
Hình 3.16: Hiệu suất hấp phụ Cd2+ trong đất ở các mức D-HL trước biến tính
khác nhau.............................................................................................................. 95
Hình 3.17: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Cd2+ và lượng D-HL trước biến tính
bổ sung vào đất ..................................................................................................... 95
Hình 3.18: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ trong đất ở các mức vật liệu D-HL trước biến
tính khác nhau ...................................................................................................... 97
Hình 3.19: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Pb2+ và lượng vật liệu D-HL trước
biến tính bổ sung vào đất ..................................................................................... 98
Hình 3.20: Hiệu suất hấp phụ Cd2+ trong đất ở các mức vật liệu D-HL biến tính
khác nhau.............................................................................................................. 99

Hình 3.21: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Cd2+ và lượng vật liệu D-HL biến
tính bổ sung vào đất ........................................................................................... 101
Hình 3.22: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ trong đất ở các mức vật liệu D-HL biến tính
khác nhau............................................................................................................ 102
Hình 3.23: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Pb2+ và lượng vật liệu D-HL biến
tính bổ sung vào đất ........................................................................................... 103
Hình 3.24: Hiệu suất hấp phụ Cd2+ trong đất ở các mức T-PL trước biến tính
khác nhau............................................................................................................ 105
Hình 3.25: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ trong đất ở các mức T-PL trước biến tính
khác nhau............................................................................................................ 106
Hình 3.26: Hiệu suất hấp phụ Cd2+ trong đất ở các mức T-PL biến tính khác
nhau .................................................................................................................... 107
Hình 3.27: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Cd2+ và lượng vật liệu bổ sung vào
đất ....................................................................................................................... 108
Hình 3.28: Hiệu suất hấp phụ Pb2+ trong đất ở các mức vật liệu T-PL biến tính
khác nhau............................................................................................................ 110
Hình 3.29: Tương quan giữa hiệu suất xử lý Pb2+ và lượng vật liệu T-PL biến
tính bổ sung vào đất ........................................................................................... 111
Hình 3.30: So sánh khả năng hấp phụ Pb và Cd của hai vật liệu D-HL và T-PL
biến tính .............................................................................................................. 112

7


Hình 3.31: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu D-HL trước biến
tính đối với Cd .................................................................................................... 113
Hình 3.32: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu D-HL trước biến
tính đối với Cd .................................................................................................... 115
Hình 3.33: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu D-HL trước biến
tính đối với Pb .................................................................................................... 116

Hình 3.34: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu D-HL trước biến
tính đối với Pb .................................................................................................... 117
Hình 3.35: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu D-HL biến tính đối
với Cd ................................................................................................................. 119
Hình 3.36: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu D-HL biến tính
đối với Cd ........................................................................................................... 120
Hình 3.37: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu D-HL biến tính đối
với Pb ................................................................................................................. 121
Hình 3.38: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu D-HL biến tính
đối với Pb ........................................................................................................... 123
Hình 3.39: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu T-PL trước biến
tính đối với Cd .................................................................................................... 124
Hình 3.40: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu T-PL biến tính đối
với Cd ................................................................................................................. 126
Hình 3.41: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu T-PL trước biến tính đối với
Pb ........................................................................................................................ 127
Hình 3.42: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu T-PL trước biến
tính đối với Pb .................................................................................................... 128
Hình 3.43: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu T-PL biến tính đối
với Cd ................................................................................................................. 130
Hình 3.44: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu T-PL biến tính đối
với Cd ................................................................................................................. 131
Hình 3.45: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir bởi vật liệu T-PL biến tính đối
với Pb ................................................................................................................. 132
Hình 3.46: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich bởi vật liệu T-PL biến tính đối
với Pb ................................................................................................................. 134
Hình 3.47: Đường đẳng nhiệt hấp phụ của Pb và Cd của T-PL biến tính................ 135

8

Hình 3. 48: Đường đẳng nhiệt hấp phụ của Pb và Cd của D-HL biến tính.............. 135
Hình 3.49: Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của Cd và Pb trên vật
liệu T-PL biến tính ............................................................................................... 136
Hình 3.50: Sự phụ thuộc của tham số RL vào nồng độ ban đầu của Cd và Pb trên vật
liệu D-HL biến tính .............................................................................................. 136

9


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BVMT:

Bảo vệ môi trường

CVD:

Phương pháp lắng đọng pha hơi
(Chemical Vapour Deposition)

D-BL:

Diatomite Bảo Lộc (tỉnh Lâm Đồng)

D-HL:

Diatomite Hòa Lộc (tỉnh Phú Yên)

DTPA:

Axit Dietyltriaminpentaaxetic
(Diethylenetriamine Pentaacetic Acid)

EDTA:

Axit Ethylenediaminetetraacetic
(Ethylenediamine Tetraacetic Acid)

HCBVTV:

Hóa Chất Bảo vệ thực vật.

HCT:

Hấp cách thủy

KLN:

Kim loại nặng

NNK:

Những người khác

QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam.

T-PL:

Tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại

10


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong xu thế đổi mới và hội nhập, những năm qua đất nước ta đã tạo được
những xung lực mới cho quá trình phát triển, đã đạt được nhiều thành tựu kinh
tế - xã hội quan trọng, vượt qua tác động của suy thối tồn cầu và duy trì được
tỷ lệ tăng trưởng kinh tế hàng năm cao, bình quân 6%/năm, bảo đảm an sinh xã
hội. Tuy nhiên, nước ta vẫn đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, trong đó
các vấn đề ơ nhiễm, suy thối mơi trường gay gắt và nhiều hậu quả của biến đổi
khí hậu khơn lường. Ồ nhiễm môi trường tại các đô thị, khu công nghiệp, làng
nghề, các lưu vực sông và nhiều vấn đề môi trường bức xúc khác đã trở thành
những vấn đề nóng và là mối quan tâm của toàn xã hội. Việc phát triển kinh tế
mà không quan tâm tiên liệu trước những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường
sống và đời sống sinh hoạt của người dân, sẽ dẫn đến những hậu quả khơng
lường trước được. Đó là bài học mà nhiều nước phát triển trên thế giới đã phải
trải qua.
Ơ nhiễm mơi trường do chất thải khơng được xử lý triệt để xuất hiện ở
những nơi, cho đến nay vẫn tồn tại các ngành công nghiệp, các cơ sở sản xuất,
các nhà máy,...với công nghệ lạc hậu, thiếu các thiết bị xử lý mơi trường. Bên
cạnh đó, vấn đề này vẫn còn tồn tại ở nhiều nơi với đặc thù như các làng nghề
thủ công với công việc thu mua và tái chế các kim loại. Kinh tế làng nghề ở Việt
Nam phát triển mạnh, nhưng cơ bản vẫn mang tính tự phát, nhỏ lẻ, thiết bị thủ
cơng, đơn giản, công nghệ lạc hậu, mặt bằng sản xuất nhỏ hẹp cộng thêm ý thức
người dân làng nghề trong việc bảo vệ môi trường sinh thái và bảo vệ sức khoẻ
con người cịn hạn chế. Chính những yếu tố nêu trên đã tạo sức ép không nhỏ
đến chất lượng môi trường sống của chính làng nghề và cộng đồng xung quanh

(Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2014 [2]).
Hiện nay, ngành nơng nghiệp là ngành đóng vai trị quan trọng trong nền
kinh tế, chiếm gần 20% tổng sản phẩm quốc nội. Khoảng 66% dân số sinh sống
ở nông thôn và 44% lấy nông nghiệp làm sinh kế (Tổng cục Thống kê, 2015
[42]). Vì thế nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng trong sinh kế hộ gia đình, đất
canh tác có vai trò hết sức quan trọng đối với nền kinh tế. Vấn đề ô nhiễm môi
trường đất sản xuất nông nghiệp cũng là một thách thức rất lớn đối với chúng ta.
11


Có thể nói đất là nơi tập trung chủ yếu của mọi loại chất thải từ nguy hại đến
không nguy hại. Trong số đó phải kể đến các nguyên tố KLN. Các nguyên tố
KLN xâm nhập vào đất sản xuất nông nghiệp thông qua nhiều con đường khác
nhau như: nước thải, bùn thải, bụi, phân bón, thuốc trừ sâu, khí thải...Trong đất
KLN dễ dàng tham gia vào chuỗi thức ăn, thơng qua đó các KLN sẽ đi vào cơ
thể động - thực vật và tới con người.
Đã có nhiều nghiên cứu về xử lý ô nhiễm kim loại theo phương pháp hút
thu sinh học và hấp phụ cố định, các nghiên cứu tập trung phát triển các tập
đoàn cây trồng có khả năng hút thu và tích lũy kim loại (dương xỉ, cỏ vetiver,
lau sậy,…). Ở một cách tiếp cận khác, các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên
hay tổng hợp nhân tạo có đặc tính hấp phụ mạnh các kim loại cũng được nghiên
cứu và bón cho đất nhằm cố định và giảm sự di động của các kim loại, cũng như
sử dụng các nguồn khoáng sét để chế tạo các cột lọc nước để loại bỏ kim loại
nặng trong nước.
Trong khi các biện pháp tách bỏ và cách ly chưa thể áp dụng trong điều
kiện hiện tại, các tập đoàn cây xử lý và hút thu kim loại chưa thể nhân rộng, thì
việc sử dụng các vật liệu hấp phụ mặc dù chưa thể giải quyết triệt để nguy cơ từ
các kim loại, nhưng ít nhất nó cũng hạn chế sự lan rộng khu vực ô nhiễm. Sự
cách lý tương đối các kim loại với môi trường xung quanh nhờ các vật liệu hấp
phụ sẽ cho chúng ta thêm thời gian để có thể từ từ từng bước loại bỏ kim loại ra

khỏi môi trường đất và nước.
Diatomite và tro bay là hai vật liệu có sẵn ở Việt Nam, đặc biệt tro bay là
sản phẩm thải ra của Nhà máy Nhiệt điện hiện nay đang không ngừng gia tăng,
dự kiến năm 2020 lượng tro bay thải ra 6-7 triệu tấn/năm và việc xử lý cho các
mục đích khác như làm phụ gia xi măng, bê tơng,...chưa tận dụng hết nguồn tro
bay, do đó ý nghĩ thực tiễn về biến chất thải thành vật liệu có ích xử lý môi
trường là rất lớn. Diatomite là vật liệu có sẵn, giá thành thấp, bản thân vật liệu
có khả năng hấp phụ cao, có nhiều ứng dụng trong thực tế như xử lý ao đầm
nuôi tôm, làm cột hấp phụ xử lý nước.
Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng diatomite và tro
bay để biến tính tạo thành vật liệu có khả năng hấp phụ cao ứng dụng trong hấp
phụ KLN trong môi trường đất và nước. Ở nước ta đã có một số nghiên cứu ứng
12


dụng tro bay và diatomite làm vật liệu biến tính tuy nhiên các nghiên cứu chỉ
dựng lại các mục đích khác nhau như tạo zeolite, tạo cột xử lý nước hay sử dụng
dạng nguyên bản để xử lý ô môi trường, chưa có nghiên cứu cụ thể về quy trình
biến tính và kháo sát khả năng hấp phụ KLN của vật liệu biến tính để đưa ra
hướng sử dụng trong xử lý ô nhiễm KLN trong môi trường đất và nước.
Xuất phát từ các căn cứ trên đề tài luận án: “Nghiên cứu sử dụng
diatomite tự nhiên và tro bay để hấp phụ Cd và Pb trong đất, nước bị ô
nhiễm” được thực hiện nhằm nghiên cứu quy trình biến tính để tạo vật liệu có
khả năng hấp phụ cao từ nguồn Tro bay và diatomite có sẵn ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu sử dụng diatomite tự nhiên (Hòa Lộc-Phú Yên) và Tro bay
(Nhà máy nhiệt điện Phả Lại) để tạo vật liệu biến tính có khả năng hấp phụ cao
để xử lý ô nhiễm KLN (Pb, Cd) trong môi trường đất và nước.
- Khảo sát khả năng hấp phụ Cd, Pb trong mẫu đất ô nhiễm tự nhiên và
mẫu nước được gây ô nhiễm nhân tạo của vật liệu diatomite, tro bay trước và

sau biến tính.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài luận án đã làm sáng tỏ các tính chất hóa lý cơ bản của diatomite và
tro bay, q trình biến tính 2 vật liệu này để tạo thành các vật liệu có khả năng
hấp phụ KLN (Cd, Pb) cao. Đồng thời đánh giá khả năng hấp phụ KLN (Cd, Pb)
trong đất và nước ô nhiễm của 2 vật liệu này trước và sau biến tính nhằm cung
cấp cơ sở khoa học về ứng dụng diatomite và tro bay biến tính xử lý ơ nhiễm
KLN (Pb, Cd) trong môi trường đất và nước.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn.
- Xây dựng được quy trình đơn giản, dễ thực hiện ở điều kiện nước ta để
biến tính tạo vật liệu có khả năng hấp phụ cao từ diatomite và tro bay.
- Sản phẩm biến tính cho khả năng hấp phụ cao, được thử nghiệm khả năng
hấp phụ KLN (Cd và Pb) đối với đất và nước ô nhiễm với lượng vật liệu sử
13


dụng khác nhau đã mở ra hướng mới trong xử lý ô nhiễm KLN (Cd và Pb) trong
môi trường đất và nước.
4. Những đóng góp mới
- Đã nghiên cứu quy trình biến tính diatomite Hịa Lộc (D-HL) và tro bay
Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (T-PL) tạo thành sản phẩm có khả năng hấp phụ
cao để sử dụng trong xử lý ô nhiễm KLN Cd và Pb.
- Đã khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng (Cd, Pb) trong mẫu đất ô
nhiễm tự nhiên tại làng nghề tái chế thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, Văn Lâm,
Hưng Yên và với nước được gây ô nhiễm nhân tạo Cd và Pb của vật liệu
diatomite và tro bay trước và sau biến tính.
5. Cấu trúc của luận án
Ngồi phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, nội dung chính của Luận án
bao gồm 03 Chương, trong đó:

Chương 1. Tổng quan tài liệu
Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

14


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về kim loại nặng (KLN)
1.1.1. Khái niệm KLN
Có nhiều khái niệm về KLN, trong đó có 2 quan điểm chính được sử dụng
nhiều về KLN là:
Quan điểm thứ nhất cho rằng KLN là các kim loại có tỉ trọng lớn hơn 5,
bao gồm: As (tỉ trọng 5,72), Ag (tỉ trọng 10,5), Bi (tỉ trọng 9,8), Cd (tỉ trọng
9,6), Co (tỉ trọng 8,9), Cu (tỉ trọng 8,96), Cr (tỉ trọng 7,1), Fe (tỉ trọng 7,87), Hg
(tỉ trọng 13.52), Mn (tỉ trọng 7,44), Ni (tỉ trọng 8,9), Pb (tỉ trọng 11,34), Zn (tỉ
trọng 7,10)...Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh
dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Co, Cu, Zn, Fe,...Các nguyên tố này được cây trồng
cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây
độc cho cây trồng (Prasad, 1974) [128]).
Quan điểm thứ hai theo quan điểm độc tố học cho rằng KLN là các kim
loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường. Theo quan điểm này các
nguyên tố sau được xem là KLN: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe,
Mn, Ag, Sn, As, Se. Có 3 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, Hg, Cd. Hiện
nay người ta chưa biết được vai trò sinh thái của 3 nguyên tố này, tuy nhiên nếu
dư thừa một lượng nhỏ 3 nguyên tố này thì tác hại rất lớn (Rainbow, 1985 [117];
Hopkin, 1989 [84]; Bryan & Langston, 1992 [57]).
Cần phân biệt thuật ngữ KLN và nguyên tố vi lượng, nguyên tố vi lượng
gồm 7 nguyên tố mà thực vật cần với số lượng nhỏ như Cu, Zn, Mn, Mo, B, Fe,

Cl. Thuật ngữ nguyên tố vi lượng khơng có nghĩa là các ngun tố này tồn tại
với số lượng nhỏ trong đất. Ví dụ, Fe và Mn là 2 nguyên tố vi lượng nhưng có
hàm lượng phong phú nhất trong đất. Các nguyên tố vi lượng khác (Cu, Zn, Mo,
B, Cl), có hàm lượng < 0,1% trong đất được gọi là nguyên tố vết (Harmsen &
nnk 1985 [81]).
1.1.2. Tính độc hại của KLN
Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng tính độc của các KLN trong đất không phụ
thuộc vào hàm lượng tổng số của nó mà phụ thuộc vào dạng di động, bị thay đổi
phụ thuộc vào sự biến đổi các điều kiện của môi trường xung quanh gây ra bởi
15


các quá trình ở vùng rễ hay tác động của các hoạt động canh tác như bón lân,
chất hữu cơ, vơi và các chất điều hồ khác [53, 66, 89, 124].
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995 [125]),
không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống
khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi các bon ngắn dẫn đến sự
tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm (Shahidul & Tanaka, 2004 [102]).
Đối với con người, có các nguyên tố kim loại nặng gây độc như Pb, Hg, Al, As,
Cd, Ni,… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức
khỏe con người, chẳng hạn như Fe, Ze, Mn, Co, Mg, Mo và Cu mặc dù với
lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong q trình chuyển hóa. Tuy nhiên, ở mức
thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật
(Foulkes, 2000 [70]). Một số nguyên tố khác là các ngun tố khơng thiết yếu và
có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, các nguyên tố này bao gồm
Hg, Ni, Pb, As, Cd, Al, Pt và Cu ở dạng ion kim loại. Chúng đi vào cơ thể qua
các con đường hấp thụ của cơ thể như hơ hấp, tiêu hóa và qua da. Nếu kim loại
nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn quá trình đào thải thì
chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes, 2000 [70]). Do vậy, con
người không những ngộ độc với hàm lượng cao của KLN mà còn với hàm lượng

thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc. Tính độc hại của các
kim loại nặng được thể hiện qua: (1) Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ
tính độc thấp sang dạng tính độc cao hơn trong một vài điều kiện mơi trường, ví
dụ thủy ngân ở dạng nguyên tố lỏng là ít độc nhưng dạng hơi, hợp chất và muối
của thủy ngân là rất độc; (2) Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại
này qua chuổi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và
sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người; (3) Tính độc của các
ngun tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/l (Alkorta và nnk.,
2004 [47]).
a. Tính độc của Cd đối với sức khỏe con người
Trong thiên nhiên cadmi đi kèm với kẽm. Bệnh nhân bị ngộ độc cadmi
xương giòn, dễ gẫy. Ngộ độc trầm trọng thì hại thận, thiếu máu, rồi loạn tuỷ
xương. Bệnh đau xương cơ (hay còn gọi là bệnh itai-itai) là bệnh do sự ngộ độc
Cd trầm trọng, tất cả những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận, xương
đau nhức trở nên giòn và dễ gãy (Nogawa và nnk, 1999 [110]).

16


b. Tính độc của Pb đối với sức khỏe con người
Trong cơ thể người, chì trong máu liên kết với hồng cầu, và tích tụ trong
xương. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nước tiểu. Chu
kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm (Tổ
chức y tế thế giới,1995 trích dẫn từ [88]). Các hợp chất chì hữu cơ rất bền vững
độc hại đối với con người, có thể dẫn đến chết người (Castro & Michael, 2003
[58]).
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị
kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Con người
bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, xáo
trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu (Lars Jarup,

2003 [88]). Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần
kinh đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy
thai, làm suy thoái nòi giống (Ernest & Patricia, 2000 [68]).
1.1.3. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất
Để đánh giá mức độ ô nhiễm của KLN trên quan điểm độc tố học, hàm
lượng KLN trong đất có thể phân thành hai mức, đó là hàm lượng "nền"
(background level) và hàm lượng vượt quá ngưỡng "nền" (excessive background
level). Hàm lượng nền của KLN trong đất được xem là hàm lượng thông thường
của KLN đó trong các điều kiện tự nhiên của đất, liên quan chủ yếu với nguồn
gốc phát sinh tự nhiên (đá mẹ, điều kiện hình thành đất,...).
Kabata & Pendias, (1992) [113] nghiên cứu hàm lượng nền trung bình của
Cu, Cd, Zn, Pb trên một số nhóm đất ở Ba Lan, châu Âu và thế giới cho thấy,
trong các nhóm đất khác nhau, hàm lượng các nguyên tố này được sắp xếp thứ
tự như sau: Đất phù sa (Fluvisols) > Đất mới biến đổi (Cambisols) > Đất pốt zôn
(Potzon).
Hàm lượng KLN vượt quá ngưỡng nền trong đất biểu thị đất đã có dấu
hiệu tích lũy và ơ nhiễm ở một mức độ nhất định, thường liên quan đến các hoạt
động nhân tạo. Sự đa dạng về các nguồn phát thải bao gồm khai thác kim loại,
giao thông, sơn và nấu chảy kim loại có thể tạo nên hàm lượng Pb rất cao trong
tầng đất mặt. Các đất bị ô nhiễm có thể có các mức Cd rất cao liên quan đến các
khu vực gần nguồn phát thải như các khu vực tái chế kim loại. Ba nguồn gây ô
nhiễm đất bởi Hg chủ yếu là: các hoạt động khai mỏ, sản xuất Cl2 và Na2CO3 ăn
da dùng điện cực Hg - KCl và từ việc sử dụng các hợp chất Hg trong nông
nghiệp như các loại thuốc diệt nấm.
17


Các nước trên thế giới đã đưa ra quy định giới hạn hàm lượng KLN đối với
đất dùng cho mục đích nơng nghiệp (Bảng 1.1). Mục tiêu của giới hạn này, ở
hầu hết các nước, là bảo vệ năng suất của đất, môi trường và sức khoẻ con người

cũng như động vật.
Bảng 1.1: Đề xuất hàm lượng tối đa cho phép (MAC) của KLN được xem là
độc đối với thực vật trong các đất nông nghiệp
ppm
KLN

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: Kabata & Pendias, (1992) [113]
Ở Việt Nam, nghiên cứu hàm lượng của KLN trong một số nhóm đất chính

đã được tiến hành bởi các tác giả như Cao Liêm, (1971), Phạm Đình Thái,
(1974), Trần Kông Tấu & Văn Huy Hải, (1976) [34], Lê Đức, (1994) [6], Trần
Kông Tấu, Trần Kông Khánh, (1998) [35], Phạm Quang Hà, 2005 [12]...
Hiện nay nước ta đã có quy chuẩn đối với KLN trong môi trường đất quy
định mức giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong mơi trường đất:
Asen (As), cadimi (Cd), đồng (Cu), chì (Pb) và kẽm (Zn) trong tầng đất mặt theo
mục đích sử dụng đất như: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất dân sinh, đất
thương mại và đất công nghiệp (bảng 1.2).
Bảng 1.2: Quy chuẩn Việt Nam QCVN 03-MT:2015/BTNMT quy định về hàm
lượng KLN trong đất cho một số mục đích sử dụng nông nghiệp khác nhau.
Đơn vị: ppm
TT

Thông số

1
2
3
4
5
6

Asen (As)
Cadimi (Cd)
Chì (Pb)
Crom (Cr)
Đồng (Cu)
Kẽm (Zn)

Đất nơng

nghiệp
15
1,5
70
150
100
200

Đất lâm
nghiệp
20
3
100
200
150
200

Đất dân
sinh
15
2
70
200
100
200

Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường, (2014).
18

Đất công

nghiệp
25
10
300
250
300
300

Đất thương
mại, dịch vụ
20
5
200
250
200
300


1.1.4. Nguồn KLN (Cd và Pb) trong đất
Có 2 nguồn chính là từ phong hố đá hình thành đất và hoạt động nhân sinh.
1.1.4.1. Q trình phong hố đá
Phong hóa đá là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khống và có vai
trị quan trọng trong việc tích lũy các KLN trong đất. Trong những điều kiện xác
định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất được hình thành có
chứa hàm lượng khác nhau các KLN, ví dụ: Pb có nhiều trong đá mắc ma axit và
các trầm tích sét, có ít trong các đá siêu bazơ, các trầm tích đá vơi; Cd có nhiều
trong đá mắc ma bazơ, siêu bazơ và các trầm tích sét, có ít trong đá mác ma axit
(granit), các trầm tích đá vơi và sa thạch (bảng 1.3).
Bảng 1.3: Hàm lượng của các KLN điển hình trong các loại đá (g/g)
Ngun

tố
Cr
Mn
Co
Ni
Cu
Zn
Cd
Sn
Hg
Pb

Đá magma
Siêu bazơ
Bazơ
2000-2980
200
1040-1300 1500-2200
110-150
35-50
2000
150
10-42
90-100
50-58
100
0,12
0,13-0,2
0,5
1-1,5

0,004
0,01-0,08
0,1-14
3-5

Granít
4
400-500
1
0,5
10-13
40-52
0,09-0,2
3-3,5
0,08
20-24

Đá vơi
10-11
620-1100
0,1-4
7-12
5,5-15
20-25
0,028-0,1
0,5-4
0,05-0,16
5,7-7

Đá trầm tích

Sa thạch
35
4-60
0,3
2-9
30
16-30
0,05
0,5
0,03-0,29
8-10

Phiến sét
90-100
850
19-20
68-70
39-50
100-120
0,2
4-6
0,18-0,5
20-23

Nguồn: Levison, (1974) [97] và Alloway, (1990) [87].
1.1.4.2. Nguồn từ hoạt động nhân sinh
Ngồi nguồn từ q trình phong hố đá, có nhiều nguồn từ các hoạt động
nhân sinh đưa kim loại vào đất. Bao gồm: Khai khoáng và luyện kim, các hoạt
động cơng nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nơng nghiệp, chất
thải đổ vào đất.

- Khai khống và luyện kim: Đây là nguồn mà hàm lượng KLN được đưa
vào môi trường đất tương đối lớn. Hiện này các hoạt động này không ngừng gia
tăng, dẫn đến sự phát thải của KLN trên tồn cầu. Q trình đào, xử lí vận
chuyển và rác thải khơng được xử lí làm phân tán KLN do các khoáng bị phong
hoá, rửa trơi do nước, gió là nguồn phát thải ra: As, Cd, Hg, Pb. Quá trình tinh

19


chế, luyện kim phát thải ra As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se. Ngành công nghiệp sắt, thép
phát thải ra Cu, Ni, Pb.
- Các hoạt động sản xuất công nghiệp hiện này cũng không ngừng gia tăng
do sự phát triển của các ngành này. Một số ngành và các nguyên tố phát thải
chính như sau: Nhựa (Co, Cr, Cd, Hg), dệt (Zn, Al, Z, Ti, Sn), vi điện tử (Cu,
Ni, Cd, Zn, Sb), chế biến gỗ (Cu, Cr, As), tinh chế (Pb, Ni, Cr).
- Nhiều nguồn khác nhau lắng đọng từ khí quyển, một số nguồn phát thải
như: Luyện kim (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn), khí thải từ động cơ xe
(Mo, Pb, V), đốt nhiên liệu hoá thạch (As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn, Cd). Có 4 yếu
tố quyết định đến lượng xâm nhập của các KLN qua con đường khí quyển là:
Kích thước hạt, độ hoà tan, khoảng cách từ nguồn phát thải đến nơi tiếp nhận, độ
axit của mưa. Có 2 con đường xâm nhập vào đất là lắng đọng khô và lắng đọng
ướt. Các bụi kim loại có kích thước lớn thường lắng đọng khơ, cịn có kích
thước nhỏ thì di chuyển xa và thường lắng đọng ướt (hoà tan trong nước mưa).
- Hoạt động sản xuất nông nghiệp tham gia vào phát thải KLN, bao gồm:
Phân bón (As và Cu trong phân của lợn và gia cầm, Mn và Zn trong phân xanh
được sử dụng của các trang trại), vôi (As, Pb), hóa chất vệ thực vật (Cu, Mn, và
Zn trong thuốc diệt nấm, As, Pb sử dụng cho cây ăn quả), nước tưới (Cd, Pb,
Se), sự ăn mòn kim loại các công cụ (Fe, Pb, Zn). Một số KLN được đưa vào đất
do sản xuất nơng nghiệp được trình bày ở bảng 1.4.
Bảng 1.4: Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm

dùng làm phân bón trong nơng nghiệp (ppm)
Kim
loại

Phân
phốt pho

As
Bi
Cd
Hg
Pb
Sb
Se
Te

<1 - 1200
0.1 - 190
0.01 - 2
4 - 1000
<1 - 10
0.5 - 25
20 - 23

Phân
nitơ

Đá vôi

2 - 120

0.1 - 24
<0.1 - 9 <0.05 - 0.1
0.3 - 3
2 - 120 20 - 1250
 0.1
-

Bùn
cống
thải
2 - 30
<1 - 100
2 - 3000
<1 - 56
2 - 7000
2 - 44
1 - 17
-

Phân
chuồng

Nước
tưới

Thuốc
BVTV

<1 - 25
<0.1 - 0.8

<0.01 - 0.2
0.4 - 16
<0.1 - 0.5
0.2 - 2.4
0.2

<10
<0.05
<20
<0.05
-

3 - 30
0.6 - 6
11 - 26
-

Nguồn: Lê Văn Khoa và nnk, (2003) [20]
- Nguồn từ chất thải đổ vào đất: bao gồm nước thải cống rãnh (Cd, Cr, Cu,
Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn), vật liệu rửa trôi từ các vùng đất dốc (As, Cd, Fe,
Pb), vụn kim loại (Cd, Cr, Cu, Pb, Zn), muội than (Cu, Pb)…
20


1.1.5. Sự cố định, biến đổi và khả năng chuyển hố KLN trong đất
1.1.5.1. Khả năng hồ tan và các ion tự do trong dung dịch
Trong những điều kiện nhất định, các kim loại có thể tồn tại ở trạng thái
hòa tan trong dung dịch đất hoặc kết tủa trên bề mặt pha rắn của đất. Sự kết tủa
của các kim loại trong đất chịu sự chi phối của các tính chất hóa học đất như
phản ứng, thế oxi hóa - khử của đất... Sự thay đổi pH hay Eh của đất có thể dẫn

đến sự thay đổi tỷ lệ giữa dạng hòa tan và kết tủa của các kim loại trong đất.
Đơi khi rất khó phân biệt giữa lượng kim loại kết tủa và lượng kim loại hấp
phụ trao đổi trên bề mặt pha rắn của đất, đặc biệt là trong mơi trường có phản
ứng kiềm. Khi pH đất tăng, hầu hết các kim loại tồn tại ở trạng thái kết tủa oxit,
cacbonat, sun phát hay phốt phát…Mặt khác khi pH tăng, lưới điện tích trên bề
mặt khống sét, oxit Fe chuyển sang âm điện hơn và có khả năng tiếp nhận thêm
các cation đến bề mặt thông qua liên kết bởi lực hút tĩnh điện. Hai phản ứng này
có thể xảy ra đồng thời hoặc các cation kim loại sẽ bị hấp phụ trước tiên bởi lực
hút tĩnh điện và tạo tiền đề cho các phản ứng kết tủa.
Ở vùng nhiệt đới ẩm, đất có thể bị chua hóa do nhiều ngun nhân khác
nhau, ví dụ như: rửa trơi các kim loại kiềm, kiềm thổ đồng thời tích lũy Fe-Al;
phân hủy chất hữu cơ đất tạo ra các axit hữu cơ hay thậm chí là do lắng đọng
axit. Sự chua hóa đất một mặt làm cho các kim loại trở nên linh động hơn (do sự
hòa tan), mặt khác làm giảm khả năng cố định cation của phức hệ hấp phụ đất
(do lưới điện tích ít âm điện hơn).
Trong điều kiện oxi hóa, nhiều kim loại tồn tại dưới dạng các oxit, do đó di
động của chúng bị giảm đi rất nhiều. Mối quan hệ giữa khả năng di động của các
KLN với độ chua và thế oxy hóa khử được thể hiện trong bảng 1.5.
Bảng 1.5: Ảnh hưởng của pH, Eh của đất tới khả năng di động các KLN
trong đất
Khả năng
di động

Oxi hóa

Cao

Zn

Trung bình

Thấp
Rất thấp khơng di động

Cu, Co, Ni, Hg,
Ag, Au, Cd
Pb
Fe, Mn, Al, Sn,
Pt, Cr

Điều kiện đất
Axit
Kiềm
Zn, Cu, Co, Ni,
Hg, Ag, Au

Khử
-

Cd

Cd

-

Pb

Pb

Zn, Co, Cu, Ni, Hg,
Ag, Au, Cd, Pb

Al, Sn, Pt, Cr

Nguồn: Plant và Raiswell, (1983) [114]
21