Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng sử dụng cỏ linh lăng (medicago sativa) trong xử lý đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì (pb) – kẽm (zn) tú lệ, huyện văn chấn, tỉnh yên bái

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LƯỜNG TRUNG DŨNG Tên chuyên đề: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG, SỬ DỤNG CỎ LINH LĂNG (MEDICAGO SATIVA) TRONG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TẠI VÙNG MỎ CHÌ (Pb) – KẼM (Zn) TÚ LỆ, HUYỆN VĂN CHẤN, TỈNH YÊN BÁI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường Khoá : 2010 – 2014 Giảng viên hướng dẫn : TS. Trần Thị Phả Thái Nguyên, 2014 LỜI CẢM ƠN Thực hiện phương châm “Học đi đôi với hành”, thực tập tốt nghiệp là thời gian để mỗi sinh viên sau giai đoạn học tập nghiên cứu tại trường có điều kiện củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế. Đây là giai đoạn không thể thiếu được đối với mỗi sinh viên các trường đại học nói chung và trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói riêng. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Trần Thị Phả đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường, các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trong khoa đã truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường. Em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong suốt quá trình học tập. Trong quá trình thực tập và làm đề tài, em đã cố gắng hết mình nhưng do kinh nghiệm còn thiếu và kiến thức còn hạn chế nên khóa luận tốt nghiệp của em không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong các thầy cô giáo và bạn bè đóng góp ý kiến để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Lường Trung Dũng DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá................. 5 Bảng 2.2: Hàm lượng KLN trong chất thải ..................................................... 7 của một số mỏ vàng điển hình tại Úc ............................................. 7 Bảng 2.3: Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) .... 8 Bảng 2.4: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao [21] 16 Bảng 3.1: Đặc tính lý hóa và KLN trong đất dùng để nghiên cứu ................. 28 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ......................................... 29 các chỉ tiêu trong thí nghiệm ........................................................ 29 Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu....... 38 Bảng 4.2: Sự biến động về chiều cao cây cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm KLN.................................................................................. 39 Bảng 4.3: Sự biến động về chiều dài rễ cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm KLN.................................................................................. 39 Bảng 4.4: Hàm lượng KLN tích lũy ở thân + lá và rễ của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản ................................................ 41 Bảng 4.5: Khả năng xử lý kim loại nặng tổng số trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ........................................ 43 Bảng 4.6: Hàm lượng KLN trong cỏ linh lăng sau thời gian thí nghiệm ....... 45 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1. Cỏ linh lăng .................................................................................. 24 Hình 4.1. Nồng độ đất ban đầu so với QCVN: 03:2008/BTNMT ................. 38 Hình 4.2. Sự biến động về chiều cao cỏ linh lăng ......................................... 40 và chiều dài rễ cỏ linh lăng .......................................................... 40 Hình 4.3. Hàm lượng KLN tích lũy ở thân + lá của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản ................................................... 41 Hình 4.4. Hàm lượng KLN tích lũy ở rễ của cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản.................................................................... 42 Hình 4.5. Khả năng xử lý kim loại nặng tổng số trong đất ............................ 44 sau khi trồng cỏ linh lăng............................................................. 44 Hình 4.6. Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất và hàm lượng KLN tích lũy trong các bộ phận của cỏ linh lăng .................................. 46 Hình 4.7. Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất và hàm lượng KLN tích lũy trong các bộ phận của cỏ linh lăng .................................. 46 MỤC LỤC Trang Phần 1: MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1 1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2 1.3. Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 2 1.4. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................... 2 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4 2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................ 4 2.1.1. Cơ sở lý luận ........................................................................................ 4 2.1.2. Cơ sở thực tiễn ..................................................................................... 5 2.1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất ................................................... 5 2.1.2.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng ............................................. 9 2.1.3. Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng ... 12 2.1.3.1. Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul): ............................ 12 2.1.3.2. Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification) ...... 12 2.1.3.3. Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification) ....................................... 13 2.1.3.4. Phương pháp rửa đất (Soil washing) ................................................ 13 2.2. Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam ................................................................................. 14 2.2.1. Tình hình nghiên cứu .......................................................................... 14 2.2.1.1. Trên thế giới .................................................................................... 14 2.2.1.2. Ở Việt Nam .................................................................................... 17 2.2.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ KLN của thực vật ................................................................................................................ 18 2.2.3. Các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất .................... 19 2.2.3.1. Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật .................................. 19 2.2.3.2. Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật...................................... 19 2.2.3.3. Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nhờ quá trình thoát hơi nước ở thực vật . 19 2.2.4. Ưu điểm và hạn chế của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất ...... 21 2.2.4.1. Ưu điểm........................................................................................... 21 2.2.4.2. Hạn chế ........................................................................................... 22 2.2.5. Một số vấn đề môi trường cần quan tâm đối với công nghệ xử lý KLN trong đất. ...................................................................................................... 23 2.3. Giới thiệu về cỏ linh lăng và tiềm năng ứng dụng của nó trong bảo vệ môi trường........................................................................................................... 24 ..................................................................................................................... 24 2.3.1.Nguồn gốc của cỏ linh lăng ................................................................. 24 2.3.2. Đặc điểm của cỏ linh lăng................................................................... 24 Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................................................................... 26 3.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 26 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu .......................................................... 26 3.2.1. Địa điểm nghiên cứu........................................................................... 26 3.2.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................... 26 3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 26 3.4. Phương pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi ........................................ 27 3.4.1. Các chỉ tiêu theo dõi. .......................................................................... 27 3.4.2. Phương pháp nghiên cứu. ................................................................... 27 3.4.2.1. Phương pháp kế thừa. ...................................................................... 27 3.4.2.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp .................... 27 3.4.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng ...................................... 27 3.4.2.4. Phương pháp theo dõi thí nghiệm. ................................................... 28 3.4.2.5. Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu...................................... 29 3.4.2.6. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu nghiên cứu ................................ 29 Phần 4: DỰ KIẾN KẾT QUẢ ..................... Error! Bookmark not defined. 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ........................................................ 30 4.1.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................. 30 4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội ...................................................................... 32 4.2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong mẫu đất tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ................................................................................................. 37 4.3. Đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ..................... 39 4.3.1. Sự biến động về chiều cao cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ..................................................... 39 4.3.2. Sự biến động về chiều dài rễ cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ .............................................. 39 4.4. Đánh giá khả năng hấp thụ KLN của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ...................................... 41 4.5. Đánh giá khả năng xử lý KLN của cỏ linh lăng trong đất ô nhiễm sau khai thác khoảng sản tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ ...................................... 43 4.5.1. Đánh giá khả năng xử lý KLN tổng số của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản ............................................... 43 4.6. Tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất vớ hàm lượng KLN trong cây................................................................................................................ 44 Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 47 5.1. Kết luận ................................................................................................. 47 5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 50 I. Tiếng Việt ................................................................................................. 50 II. Tiếng Anh ................................................................................................ 51 1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây nhờ đường lối đổi mới kinh tế của Đảng nhà nước đã, đang tạo điều kiện thuận lợi cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng, vững chắc và mạnh mẽ. Cùng với sụ phát triển kinh tế kéo theo đó là các vấn đề môi trường diễn ra ngày càng phức tạp . Môi trường đang ở tình trạng báo động đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển nơi nhu cầu sống ngày càng xung đột mạnh mẽ với sụ cần thiết phải bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường . Bất kì hoạt động kinh tế xã hội nào cũng như trong đời sống sinh hoạt con người đều phải sử dụng các nguồn năng lượng và tài nguyên khác nhau để tồn tại. Mặc dù đã có nhiều chính sách các quy định được đưa ra để hạn chế đến mức thấp nhất việc suy thoái nguồn tài nguyên khoáng sản , nhưng để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống con người vẫn cần phải sử dụng nó . Việc khai thác khoáng sản ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề môi trường nó không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây suy thoái tài nguyên và dẫn đến các sự cố môi trường nếu không khai thác một cách hợp lý , việc khai thác không chỉ ảnh hưởng đến môi trường trong khi khai thác mà nó còn ảnh hưởng lâu dài sau khi đã khai thác đó chính là nhưng khối lượng đất đá khổng lồ sau khai thác . Nếu những khối đất đá này không được sử lý nó sẽ tiềm ẩn các nguy cơ gây ô nhiễm và suy thoái môi trường . Theo nghiên cứu, có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ, tích lũy kim loại cao gấp hàng trăm lần so với các loài thực vật khác. Và thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng sẽ được thu hoạch và xử lý như xử lý chất thải nguy hại.Trong đó cỏ linh lăng là một loại cỏ có khả năng tích lũy 2 kim loại nặng cao và đang được nghiên cứu ứng dụng xử lý đất nhiễm kim loại nặng tại rất nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Xuất phát từ những vấn đề thực chất trên được sự đồng ý của Ban Giám Hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa Môi Trường , dưới sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo ThS. Trần Thị Phả em đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng sử dụng cỏ linh lăng (Medicago sativa) trong xử lý đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản tại vùng mỏ chì (Pb) – kẽm (Zn) Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái.” 1.2. Mục đích nghiên cứu Thực hiện đề tài này để đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm KLN (Zn, Pb, Cd, As) của cây cỏ linh lăng. 1.3. Mục tiêu của đề tài Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất tại vùng mỏ chì – kẽm Tú Lệ, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái. Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của cỏ linh lăng; khả năng chống chịu, sống sót sau khi hấp thu và ảnh hưởng tới vùng đất trồng. Ứng dụng đưa vào thực tiễn xử lý triệt để vùng đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản trên diện rộng của cỏ linh lăng. Làm tăng diện tích đất canh tác sau khi xử lý. 1.4. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học + Nâng cao kiến thức kĩ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này. + Vận dụng và phát huy kiến thức đó vào thực tế + Là cơ hội để ứng dụng những kiến thức đã học đối với sinh viên vào thực tiễn qua đó sinh viên có khả năng phát triển sâu hơn rộng hơn đối với các lĩnh vực trong cuộc sống. 3 -Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá khả năng tích lũy KLN trong thân, rễ và lá của cỏ linh lăng. Đánh giá chất lượng môi trường đất sau khi sử dụng cỏ linh lăng. 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Cơ sở khoa học 2.1.1. Cơ sở lý luận * Khái niệm về 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), Ni (d=8,90), Zn (d=7,10),... Ngoài ra các á kim như As, Se cũng được xem như các KLN ((Bjerrgard M. H., Depledge J. M., 1991). * Khái niệm về ô nhiễm KLN trong đất. - Ô nhiễm KLN trong đất: Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất. [8]. * Khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường đất bị ô nhiễm KLN. - Sinh vật chỉ thị môi trường đất bị ô nhiễm kim loại nặng: Khi đất bị ô nhiễm KLN đa số thực vật sinh trưởng và dẫn đến chết. Tuy nhiên, cũng có một số loài thực vật lại không bị chết, thậm chí có loài còn sinh trưởng, phát triển tốt. Từ hiện tượng đó, người ta đã phân ra được 2 nhóm thực vật chỉ thị ô nhiễm KLN trong đất, đó là nhóm siêu chống chịu và siêu hấp thụ. * Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN. Đất ô nhiễm gây tác động đến sức khỏe con người qua con đường tiếp xúc trực tiếp (qua da) hoặc qua con đường 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 5 chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người hay làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư… (Nguyễn Ngọc Nông, 2007) [11]. 2.1.2. Cơ sở thực tiễn 2.1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất Có 2 nguồn ô nhiễm KLN chính là tự nhiên và nhân tạo: a. Nguồn tự nhiên. * Quá trình phong hóa đá. Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra không lớn. Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò 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 các KLN khác nhau (bảng 2.1). Bảng 2.1: Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá Đơn vị: (µg/g) Nguyên tố Đá macma Đá trầm tích Siêu bazơ Bazơ Granít Đá vôi Sa thạch Phiến sét Cr 2000-2980 200 4 10-11 35 90-100 Mn 1040-1300 1500-2200 400-500 620-1100 4-60 850 Co 110-150 35-50 1 0,1-4 0,3 19-20 Ni 2000 150 0,5 7-12 2-9 68-70 Cu 10-42 90-100 10-13 5,5-15 30 39-50 Zn 50-58 100 40-52 20-25 16-30 100-120 Cd 0,12 0,13-0,2 0,09-0,2 0,028-0,1 0,05 0,2 Sn 0,5 1-1,5 3-3,5 0,5-4 0,5 4-6 Hg 0,004 0,01-0,08 0,08 0,05-0,16 0,03-0,29 0,18-0,5 Pb 0,1-14 3-5 20-24 5,7-7 8-10 20-23 Nguồn: Levison, 1974 [20] 6 Thường thì, hàm lượng của các kim loại trong đá macma nhiều hơn so với trong đá trầm tích, ước tính nguồn tự nhiên của các kim loại vi lượng trong đất thì có 95% thuộc đá macma và đá biến chất, 5% còn lại thuộc đá trầm tích. Trong đá trầm tích thì nguồn của các kim loại 80% là trong đá phiến sét, 15% trong đá sa thạch và 5% trong đá vôi. b. Nguồn nhân tạo Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá 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 công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải đưa vào đất. - Khai khoáng và luyện kim: Đây là nguồn mà hàm lượng kim loại nặng 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 kim loại nặng trên toàn cầu. Quá trình đào, vận chuyển và rác thải không được xử lí làm phân tán kim loại nặng do các khoáng bị phong hoá, rửa trôi do nước, gió là nguồn phát thải ra: As, Cd, Hg, Pb. Quá trình tinh 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 khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất. Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới khai trương thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng cũ thường có độ axit mạnh (pH:2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng KLN rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên bề mặt và dưới tầng đất sâu. Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần 7 Bảng 2.2. Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc KLN Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg) As 1120 Cu 156 Pb 353 Zn 283 (Nguồn: AZN, 1992) - Các hoạt động sản xuất công nghiệp Hiện này cũng không ngừng gia tăng do sự phát triển của các ngành công nghiệp : 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). - Nguồn lắng đọng từ khí quyển Bao gồm nhiều nguồn khác nhau phát thải ra và lơ lửng trong không khí. Một số nguồn như: Hoạt động đô thị (Cd, Cu, Pb, Sn, Hg, V), luyện kim (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, Zn), khí thải từ động cơ xe (Mo, Pb (với Br và Cl), V), đốt nhiên liệu hoá thạch (As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn, Cd). 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 khô, còn có kích thước nhỏ thì di chuyển xa và thường lắng đọng ướt (hoà tan trong nước mưa). - Hoạt động sản xuất nông nghiệp Phân bón (As, Cd, Mn, U, V và Zn trong phân phốt phát), phân xanh (As và Cu trong phân của lợn và gia cầm, Mn và Zn trong phân xanh sử dụng của các trang trại), vôi (As, Pb), Thuốc bảo 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). 8 Hàm lượng KLN trong các loại phân bón khá cao. Số lượng và hàm lượng các KLN được đưa vào đất từ sản xuất nông nghiệp được thống kê trong bảng 2.1. Bảng 2.3. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) Kim Phân Phân loại Photpho Nitơ As <1-1200 2-120 Bi - Cd Đá vôi Bùn cống Phân Nước TBV thải chuồng tưới TV 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30 - - <1-100 - - - 0,1-190 <0,1-9 <0,05-0,1 2-3000 <0,01-0,8 <0,05 Hg 0,01-2 0,3-3 - <1-56 <0,01-0,2 - 0,6-6 Pb 4-1000 2-120 20-1250 2-7000 0,4-16 <20 11-26 Sb <1-10 - - 2-44 <0,1-0,5 - - Se 0,5-25 - <0,1 1-17 0,2-2,4 <0,05 - Te 20-23 - - - 0,2 - - - Nguồn: Lê Văn Khoa (2004)[8] * Sự tích luỹ kim loại nặng vào đất từ khu công nghiệp Trong những thập kỷ gần đây vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đã được đề cập tới, đã thống kê được những nguồn chính gây ô nhiễm kim loại nặng như than, đốt dầu trong các nhà máy điện công nghiệp, công nghệ khai khoáng luyện kim đen, các nhà máy sản xuất phân và xi măng, khí xả của động cơ đốt trong. Như vậy nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng chính là do công nhiệp và giao thông. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam rất đáng chú ý vì tốc độ công nghiệp hoá tăng nhanh trong lúc qui hoạch đô thị chưa ổn định, các khu công nghiệp xen kẽ với các khu dân cư và vùng sản xuất nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường đất, nước và chuyển hoá vào cây trồng, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người. Qua nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy công nghiệp gốm gây ô nhiễm Bari, cadmium, mangan…, công nghiệp sản xuất sơn bột màu gây ô nhiễm Cd, Pb, Zn và thuốc trừ sâu gây ô nhiễm Cd, As, Cu,… 9 2.1.2.2. Tính độc của một số loại kim loại nặng Tính độc của KLN đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người. Độ độc và không độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hoá học, vật lý cũng như sinh vật. Một số các kim loại như Pb; Cd; Hg... khi được cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp....Trong tự nhiên kim loại nặng thường tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do. Tính độc của một số kim loại nặng.[8] a) Tính độc của Arsenic (As) - Đối với cây trồng: Arsenic được nhiều người biết đến do tính độc của một số hợp chất có trong nó. Sự hấp thụ As của nhiều cây trồng trên đất liền không quá lớn, thậm chí ở đất trồng tương đối nhiều As, cây trồng thường không có chứa lượng As gây nguy hiểm. As khác hẳn với một số kim loại nặng bình thường vì đa số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ. Lượng As trong các cây có thể ăn được thường rất ít. Sự có mặt của As trong đất ảnh hưởng đến sự thay đổi pH, khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trở nên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác nhau như Fe, Al. Chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trong nước hay làm đổi màu của lá kéo theo sự chết lá cây, hạt giống thì ngừng phát triển. Cây đậu và những cây họ Đậu Fabaceae rất nhạy cảm đối với độc tố As. - Đối với con người: Khi lượng độc tố As vượt quá ngưỡng, nhất là trong thực vật, rau cải thì sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, nhiều hơn sẽ gây ngộ độc. Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư bàng quang, thận, gan và phổi. As còn gây ra những chứng bệnh tim mạch như cao 10 huyết áp, tăng nhịp tim và các vấn đề thần kinh. Đặc biệt, khi uống nước có nhiễm As cao trong thời gian dài sẽ gây hội chứng đen da và ung thư da. [8] b) Tính độc của Chì (Pb) Chì là nguyên tố màu xám xanh, rất mềm, có thể cắt bằng dao. Hàm lượng chì trong vỏ trái đất là 10 - 20mg/kg, trong nước biển là 0,03g/m3. Hàm lượng chì có trong các đá khoảng vài mg/kg, trong đất chì dao động từ vài đến 200 mg /kg. Chì được coi là nguyên tố độc đối với hầu hết các sinh vật. Sự có mặt của chì làm giảm hoạt động của vi sinh vật đất, gây rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ,.. [5]. Là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém có thời gian bán hủy trong đất từ 800-6000 năm. Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì trong đất trung bình từ 15-25 ppm. Ở trong đất, Pb thường nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO2, Cl, SO3, PO4). Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít làm ảnh hưởng đến cây trồng. Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hòa tan của Pb và giảm độ chua thường tăng sự tích lũy của chì do kết tủa. Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỉ lệ nhỏ (<5%) hàm lượng Pb có trong đất. Trong đất chì có độc tính cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền cững dưới dạng phức hệ với các chất hữu cơ. Khả năng hấp phụ của chì tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2, sự hòa tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hóa trong đất chua.[5] c) Tính độc của Cadmium (Cd) - Đối với cây trồng: Rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích luỹ Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích luỹ một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm thấy tích luỹ Cd khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt giống nhau. Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này 11 sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây. Tuy nhiên, trong rau diếp, cà rốt, cây thuốc lá, khoai tây, Cd được chứa nhiều nhất trong lá. Trong cây đậu nành, 2% Cd được tích luỹ hiện diện trong lá và 8% ở các chồi. Cd trong mô cây thực phẩm là một yếu tố quan trọng trong việc giải quyết sự tích luỹ chất Cd trong cơ thể con người. Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây ra thông tin sai lệch của quần thể.[15] - Đối với con người: Cd trong môi trường thường không độc hại nhiều nhưng nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính của nó ở trong thận. Ở đây, nó có thể gây ra rối loạn chức năng nếu tập trung ở trong thận lên trên 200mg/kg trọng lượng tươi. Thức ăn là con đường chính mà Cd đi vào cơ thể, nhưng việc hút thuốc lá cũng là nguồn ô nhiễm kim loại nặng, những người hút thuốc lá có thể thấm vào cơ thể lượng Cd dư thừa từ 20 - 35µg Cd/ngày. Cd đã được tìm thấy trong protein mà thường ở trong các khối của cơ thể và những protein này có thể tìm thấy trong nấm, đậu nành, lúa mì, cải bắp và các loại thực vật khác. Cd là một kim loại nặng có hại, vào cơ thể qua thực phẩm và nước uống, Cd dễ dàng chuyển từ đất lên rau xanh và bám chặt ở đó. Khi xâm nhập vào cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy Cd gây chứng bệnh loãng xương, nứt xương, sự hiện diện của Cd trong cơ thể sẽ khiến việc cố định Ca trở nên khó khăn. Những tổn thương về xương làm cho người bị nhiễm độc đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân. Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này.[18] e) Tính độc của Kẽm (Zn) - Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi Zn tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư 12 lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất.[15], [18] - Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày. Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức chất với λ -macroglobin. Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.[18] 2.1.3. Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 2.1.3.1. Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul): Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý chuyển chỗ (ex-situ) đất nhằm di chuyển các chất độc hại đến một nơi khác an toàn hơn. Với phương pháp này, các chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất ô nhiễm mà đơn giản chỉ là đào lên và chuyển đất ô nhiễm đi chỗ khác với hy vọng là không bị ô nhiễm ở những nơi cần thiết. 2.1.3.2. Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification) Cố định hoặc cô đặc chất ô nhiễm có thể là phương pháp xử lý tại chỗ hoặc chuyển chỗ. Phương pháp này liên quan đến hỗn hợp các chất đặc trưng được thêm vào đất, hoặc là các thuốc thử, các chất phản ứng với đất ô nhiễm để làm giảm tính linh động và hoà tan của các chất ô nhiễm. Các tác nhân liên kết được sử dụng bao gồm tro (fly-ash), xi măng (cement) hoặc rác đốt (kiln dust). Mặc dù quá trình này đã được chứng minh là hiệu quả với chất ô nhiễm là kim loại nặng nhưng lại có khả năng là tác 13 nhân liên kết hoặc thay đổi pH đất. Phương pháp cố định hoặc cô đặc không xử lý được chất ô nhiễm từ ma trận đất (soil matrix) nhưng nó có thể nén các chất ô nhiễm lại trong môi trường đất. 2.1.3.3. Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification) Phương pháp thuỷ tinh hoá là quá trình xử lý bởi nhiệt, có thể được sử dụng để xử lý đất tại chỗ hay chuyển chỗ. Đây là quá trình chuyển chất ô nhiễm thành dạng thuỷ tinh cố định (Stable glassy form). Đối với phương pháp này, cho dòng điện chạy qua một dãy điện cực than chì, làm nóng chảy đất ở nhiệt độ rất cao (1500 - 20000C). Thuỷ tinh bền được hình thành, kết hợp chặt chẽ và cố định kim loại khi đất được làm lạnh. Một nắp đậy khí thải được nắp đặt trên vùng xử lý. Nắp này được sử dụng để thu nhận và xử lý các khí thải (các kim loại bay hơi) được thải ra trong suốt quá tình xử lý. Hiện nay phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi nhưng chỉ được áp dụng trên diện tích nhỏ, chi phí giá thành cao, yêu cầu kỹ thuật hiện đại nên người ta cần tìm kiếm những phương pháp khác có hiệu quả kinh tế cao hơn, thân thiện hơn với môi trường. 2.1.3.4. Phương pháp rửa đất (Soil washing) Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment technology), có thể được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm KLN. Quá trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi đất. Quá trình vật lý loại bỏ những hạt kim loại có kích thước lớn và vận chuyển các chất ô nhiễm vào pha lỏng. Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hoặc chứa các yếu tố hoạt tính bề mặt. Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl, EDTA, HNO3 và CaCl2. Quá trình này sẽ làm giảm hàm lượng kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏng với hàm lượng kim loại cao và tiếp tục xử lý.