Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của cỏ Vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm đánh giá khả năng hấp thu Pb của cỏ vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Đề xuất loài thực vật có tính ứng dụng cao trong việc xử lý ô nhiễm chì trong đất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của cỏ Vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ TRONG ĐẤT Ô NHIỄM CỦA CỎ VETIVER, CỎ MẦN TRẦU VÀ CÂY DƯƠNG XỈ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ TRONG ĐẤT Ô NHIỄM CỦA CỎ VETIVER, CỎ MẦN TRẦU VÀ CÂY DƯƠNG XỈ Ngành: Hóa phân tích Mã ngành: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đỗ Trà Hương THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của cỏ Vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái nguyên, tháng 8 năm 2018 Tác giả luận văn Lê Đức Mạnh i
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Trà Hương, cô giáo trực tiếp hướng dẫn em làm luận văn này. Cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Phòng Đào tạo, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Hoá lý - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và các cử nhân Nguyễn Thanh Hải, Phùng Thị Oanh trong nhóm nghiên cứu đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đặng Văn Thành, Trường Đại học Y - Dược đã cho phép em sử dụng cơ sở vật chất và trang thiết bị của phòng thí nghiệm Vật lý - Lý sinh y học và Dược trong quá trình thực hiện các công việc thực nghiệm. Cảm ơn TS. Hà Xuân Sơn chủ nhiệm đề tài B2017-TNA-47 đã hỗ trợ kinh phí cho luận văn của em. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái nguyên, tháng 8 năm 2018 Tác giả luận văn Lê Đức Mạnh ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 Chương 1: TỔNG QUAN.................................................................................. 4 1.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng KLN trong đất ............................................................................................................... 4 1.1.1. Sự ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản ................................................... 4 1.1.2. Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất ........................................ 6 1.2. Chì................................................................................................................. 9 1.2.1. Giới thiệu chung về chì.............................................................................. 9 1.2.2. Ảnh hưởng của chì đến sức khỏe con người ........................................... 10 1.3. Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới và Việt Nam..................................... 11 1.3.1. Thực trạng ô nhiễm chì trên thế giới ....................................................... 11 1.3.2. Thực trạng ô nhiễm chì tại Việt Nam ...................................................... 13 1.4. Các phương pháp xử lý ô nhiễm chì trong đất ........................................... 19 1.4.1. Phương pháp hóa học .............................................................................. 19 1.4.2. Phương pháp vật lý .................................................................................. 20 1.4.3. Phương pháp sinh học ............................................................................. 21 1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam và trên thế giới ...................................................... 24 1.5.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật trên thế giới ................................................................................. 24 iii
1.5.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật tại Việt Nam ................................................................................ 25 1.6. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm đất do kim loại nặng ...................... 29 1.7. Thông tin về các loài cây trồng làm thí nghiệm ......................................... 30 1.7.1. Cỏ mần trầu.............................................................................................. 30 1.7.2. Cỏ Vetiver................................................................................................ 31 1.7.3. Dương xỉ Pityrogramma calomelanos L. ................................................ 32 Chương 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 34 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 34 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 34 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 34 2.3.1. Phương pháp đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất ....... 34 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................ 35 2.3.3. Phương pháp thu mẫu và xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây .......... 36 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm .................................. 37 2.3.5. Phương pháp phân tích định lượng bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử ..... 37 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 41 3.1. Độ pH của đất ............................................................................................. 41 3.2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất ................................ 42 3.3. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản .......................................... 45 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver ............................................................................................................... 45 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong dất đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver .......................................................................................................... 47 3.3.3. Khả năng tích luỹ Pb trong thân lá, rễ của cỏ Vetiver ............................ 49 3.4. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của dương xỉ trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản .......................................... 51 iv
3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến số lượng lá của dương xỉ (P. Calomelanos L.) ........................................................................................... 51 3.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao dương xỉ ........... 52 3.4.3. Khả năng hấp thu Pb trong thân lá và trong rễ của cây dương xỉ ........... 53 3.5. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, của cỏ mần trầu trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản .......................................... 54 3.5.1. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến số lượng nhánh của cỏ mần trầu ............................................................................................................. 54 3.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao cỏ mần trầu ...... 56 3.5.3. Khả năng hấp thu Pb trong thân lá và trong rễ của cỏ Mần trầu ............. 57 3.6. Đánh giá sự thay đổi hàm lượng chì trong đất trước và sau thí nghiệm .......... 58 3.7. Đề xuất những biện pháp sử dụng cỏ Vetiver, cây dương xỉ và cỏ mần trầu trong cải tạo đất bị ô nhiễm Pb .................................................................. 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 62 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ...... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 64 v
DANH MỤC VIẾT TẮT EDDS : Ethylen diamine disuccinic acid) EDTA : Ethylen diamin Tetraacetic Acid EEA : European Environment Agency - Cục Môi trường Châu âu FAO : Food and Agriculture Organization - Tổ chức lương thực và Nông nghiệp ppm : parts per million - một phần triệu TCE : Trichloroethylene WHO : World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế giới BTNMT : Bộ tài nguyên Môi trường BYT : Bộ Y tế KLN : Kim loại nặng QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon .......................................................................................... 5 Bảng 1.2: Hàm lượng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc.................................................................................... 6 Bảng 1.3: Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm) .............. 7 Bảng 1.4: Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị ......................... 8 Bảng 1.5: Hàm lượng Pb trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên ................................ 17 Bảng 1.6: Hàm lượng chì trong nước uống tại khu vực mỏ Chợ Điền ............. 17 Bảng 1.7: Hàm lượng chì trong đất tại Làng Hích ............................................ 18 Bảng 1.8: So sánh các phương pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm .............. 23 Bảng 1.9: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt) .................................................... 29 Bảng 3.1: Độ pH trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên.................................................................... 41 Bảng 3.2: Hàm lượng kim loại nặng trong đất ở khu vực khai thác quặng chì – kẽm xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên ............................ 42 Bảng 3.3: Hàm lượng chì trong các mẫu gạo tại làng Hích .............................. 43 Bảng 3.4: Hàm lượng chì trong các mẫu rau tại làng Hích ............................... 44 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver (n = 3, mean± sd) ......................................................... 45 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver (n = 3, mean± sd) .............................. 47 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cây dương xỉ (n = 3, mean± sd) .................................................... 51 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ mần trầu (n = 3, mean±sd)........................................................ 55 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao của cỏ Mần trầu (n = 3, mean± sd) ........................................................... 56 Bảng 3.11: Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất trước và sau thí nghiệm ....... 58 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hình ảnh cỏ mần trầu (Eleusine indica L)......................................... 30 Hình 1.2: Hình ảnh cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) ............................... 31 Hình 1.3: Hình ảnh cây dương xỉ (Pityrogramma calomelanos L.) .................. 32 Hình 2.1: Địa điểm lấy mẫu đất tại khu vực giáp bãi thải mỏ Kẽm - Chì làng Hích - Đồng Hỷ - Thái Nguyên ............................................ 35 Hình 3.1: Sơ đồ khai thác chì và kẽm tại mỏ Làng Hích .................................. 16 Hình 3.2: Số nhánh/khóm cỏ Vetiver theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ... 46 Hình 3.3: Chiều cao thân lá cỏ Vetiver theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau........47 Hình 3.4: Hàm lượng Pb trong thân lá, rễ của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ............................................................. 50 Hình 3.5: Số lá/cây Dương xỉ theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ......... 52 Hình 3.6: Chiều cao thân lá của P. Calomelanos theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ............................................................................. 53 Hình 3.7: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá, rễ của cây dương xỉ................ 54 Hình 3.8: Số nhánh/khóm cỏ Mần trầu theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ......................................................................................... 55 Hình 3.9: Chiều cao thân lá cỏ mần trầu theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau ......................................................................................... 56 Hình 3.10: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá, rễ của cỏ mần trầu ................ 57 vi
MỞ ĐẦU Thái Nguyên là tỉnh hiện có hơn 293,3 nghìn ha đất nông nghiệp và nhiều khu công nghiệp khai thác khoáng sản lớn. Bên cạnh những lợi ích kinh tế to lớn cho đời sống nhân dân, những tác động tiêu cực tới môi trường như: ô nhiễm môi trường không khí, ô nhiễm môi trường nước, ô nhiễm môi trường đất... do hoạt động sản xuất, khai thác, chế biến khoáng sản là không thể tránh khỏi. Kết quả nghiên cứu về thực trạng môi trường đất, nước tại một số khu vực khai thác khoáng sản của tỉnh Thái Nguyên cho thấy ô nhiễm chì (Pb) trong đất sau khai thác thực sự là những vấn đề nhức nhối. Kết quả phân tích chất lượng đất tại khu vực đất giáp bãi thãi Xí nghiệp chì - kẽm làng Hích, Đồng Hỷ cho thấy hàm lượng chì (Pb) trong đất rất cao [23]…Rau cải bẹ xanh (loại rau được trồng phổ biến) có hàm lượng Pb, As, Cd cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [8]. Ô nhiễm môi trường đã làm gia tăng tỷ lệ hiện mắc một số bệnh thường gặp ở người dân sống xung quanh khu vực khai thác mỏ [12], [9]. Tuy nhiên, việc áp dụng các giải pháp can thiệp nhằm làm giảm hàm lượng kim loại nặng trong môi trường đất, nước cho đến nay vẫn còn chưa có nhiều nghiên cứu. Chính vì vậy, việc tiến hành một nghiên cứu xác định thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất và xây dựng mô hình thử nghiệm cải thiện chất lượng đất sử dụng các thực vật là rất cần thiết. Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, oxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích,... Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường 1
đặc biệt. Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh [14], [25], [13], [24], [3], [22]. Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao. Ứng dụng cỏ Vetiver, cỏ mần trầu, cây dương xỉ để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một công nghệ mới, và rất có triển vọng. Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, kinh tế, hiệu quả. Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng chúng để ứng dụng xử lý As, Sn, Cd [14], [25], [24] hoặc các kim loại nặng trong đất, tuy nhiên ứng dụng đồng thời cả 3 loại cây trên để xử lý Pb trong đất và so sánh hiệu quả xử lý của các loại cây này vẫn chưa được nghiên cứu. Trên cơ sở đó, chúng tôi quyết định lựa chon đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu chì trong đất ô nhiễm của cỏ Vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ”. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá thực trạng ô nhiễm Pb tại khu vực đất giáp bãi thãi Xí nghiệp chì - kẽm làng Hích - Đồng Hỷ -Thái Nguyên. - Đánh giá khả năng hấp thu Pb của cỏ vetiver, cỏ mần trầu và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. - Đề xuất loài thực vật có tính ứng dụng cao trong việc xử lý ô nhiễm chì trong đất. 2
Ý nghĩa đề tài - Nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy chì của ba loài thực vật được chọn. - Đề tài là tư liệu tham khảo, làm cơ sở xác định tính khả thi trong việc sử dụng loại cây nào để ứng dụng rộng rãi để phục hồi đất ô nhiễm chì tại làng Hích - Đồng Hỷ - Thái Nguyên nói riêng và ở Việt Nam nói chung. 3
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Nguồn gốc gây ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng KLN trong đất 1.1.1. Sự ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản Nguyên vật liệu, nhiên liệu để xây dựng cơ sở hạ tầng và chế tạo những vật dụng phục vụ đời sống con người, điều được khai thác ra từ lòng đất, và một phần trên mặt đất. Việc khai thác khoáng sản trên trái đất ngày càng được tăng cường đã góp phần rất lớn vào việc tác động xấu đến môi trường, thậm chí đưa đến mất cân bằng sinh thái. Khoáng sản là một loại tài nguyên không tái tạo, ít khi ở dạng đơn khoáng mà thường hình thành những tập hợp khoáng vật khác nhau. Tùy theo điều kiện tạo thành mà hình thành các khoáng sản có trữ lượng và quy mô từ nhỏ, vừa đến lớn và cực lớn. Khả năng sử dụng khoáng sản gắn với lịch sử tiến hóa của nhân loại qua các thời kỳ đồ đá, đồ sắt, đồ đồng. khoáng sản có thể sử dụng trực tiếp hoặc sau khi chế biến sơ bộ. Nhưng để sử dụng trong các ngành kỹ thuật cao đòi hỏi phải chế biến sâu qua nhiều quá trình công nghệ phức tạp như các ngành điện, điện tử, cơ khí, năng lượng nguyên tử, hàng không và vũ trụ. Các đuôi thải của quá trình khai thác, chế biến và sử dụng khoáng sản có thể nghiên cứu sử dụng cho các ngành công nghiệp khác nhau. Trình độ công nghệ khoáng sản phụ thuộc vào trình độ phát triển khoa học kỹ thuật, kinh tế xã hội khu vực và mỗi nước. Vì trữ lượng khoáng sản là nhất định nên mỗi khu mỏ có tuổi thọ tương ứng với công suất dự kiến khai thác. Ngành công nghiệp khoáng sản đòi hỏi công tác đầu tư và xây dựng cơ bản thường xuyên, đồng thời luôn gắn với bảo vệ tài nguyên, bảo vệ con người và bảo vệ môi trường. Vấn đề môi trường trong các khâu của hoạt động khai thác khoáng sản: Ít có ngành công nghiệp nào lại có ảnh hưởng suốt trong các giai đoạn thực 4
hiện và có tác động tương đối toàn diện đến các thành phần môi trường như các dự án phát triển khoáng sản. Những tác động và hệ quả của môi trường do các dự án phát triển khoáng sản phụ thuộc vào nhiều yếu tố: * Loại khoáng sản chủ yếu * Phương pháp khai thác lộ thiên hay hầm lò * Phương pháp chuẩn bị quặng (đập, xay, nghiền, sàng, phân cấp) * Công nghệ tuyển * Công nghệ xử lý tiếp theo (luyện kim, hóa học, vi sinh, tổ hợp.) * Lớp đất phủ trên mặt khu mỏ: đá, phong hóa trầm tích. * Địa hình khu mỏ. * Thủy văn: hệ thống nước mặt, nước ngầm * Khí hậu: ẩm, khô, nóng, lạnh. * Sinh thái: rừng, động vật hoang dã, cây trồng vật nuôi Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất. Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng đều gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và cơ thể sinh vật. Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngừng hoạt động. Theo Lim H. S và cộng sự (2004), tại mỏ vàng - bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số kim loại ở mức cao [44]. Bảng 1.1. Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon Đơn vị: ppm Nguyên Đất bình thường Bãi thải quặng Đất vùng núi Đất trang trại tố trên thế giới As 3 584 - 143 813 695 - 3 082 7 - 626 6,0 Cd 2,2 - 20 1,32 0,75 0,35 Cu 30 - 749 36 - 89 13 - 673 30 Pb 125 - 50 803 63 - 428 23 - 290 35 Zn 580 - 7 541 115 - 795 63 - 110 90 Hg 0,09 - 1,01 0,19 - 0,55 0,09 - 4,90 0,06 Nguồn:H.S. Lim và cộng sự, 2004 [44] 5
Theo các tác giả thì bãi thải đuôi quặng ở đây là nguồn điểm gây ô nhiễm các kim loại cho đất ở những khu vực xung quanh. Hàm lượng các kim loại cao trong đất trang trại là do sự phát tán kim loại bởi gió, nước từ các bãi quặng đuôi. Đa số cây trồng ở các khu đất bị nhiễm kim loại đã bị nhiễm As và Zn ở mức cao. Môi trường đất tại các mỏ vàng mới khai thác thường có độ kiềm cao (pH: 8 - 9), ngược lại ở các mỏ vàng cũ, thường có độ axit mạnh (pH: 2,5 - 3,5); dinh dưỡng trong đất thấp và hàm lượng kim loại nặng rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên mặt đất và phần dưới mặt đất. Ở Úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng các kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần [26]. Bảng 1.2. Hàm lượng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc Kim loại nặng Hàm lượng kim loại nặng tổng số (ppm) As 1120 Cr 55 Cu 139 Mg 2 000 Pb 353 St 335 Zn 283 Nguồn: ANZ, 1992 [26] 1.1.2. Một số nguồn khác gây ô nhiễm KLN trong đất 1.1.2.1. Quá trình khoáng hoá đá Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhưng hàm lượng các kim loại nặng trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi... thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng kim loại nặng cao [13]. 6
Trong đá macma bazơ hàm lượng Cu, Co, Zn, lớn hơn trong đá axit. Phần lớn chúng được chứa trong các mạng lưới tinh thể khoáng. Đá basalt có chứa hàm lượng Cu khá cao, đá granite có hàm lượng Cu thấp. Đá vôi sét lẫn đá tảng và cát đặc biệt nghèo Cu. Do vậy, đất hình thành trên đá basalt có hàm lượng Cu cao. Ngược lại với Cu, nguyên tố Pb theo Pendisa (1985) hàm lượng có trong các đá mẹ granite và cát kết tương đối cao, trong đá basalt lại có ít chì. Còn đối với Zn đá macma bazo có hàm lượng cao hơn đá macma axit [40]. Hàm lượng Zn trong một số đá như sau: Bảng 1.3. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm) ĐVT: mg/kg Nguyên Đá macma Đá trầm tích tố Siêu bazơ Bazơ Axit Đá cát Đá phân Đá vôi (Serpentine) (Basalt) (Granite) kết lớp Cr 2,00 - 2,98 200 4,00 10 - 11 35 90 - 100 Co 110 - 150 35 - 50 1,00 0,17 - 40 0,3 19 - 20 Ni 2000 150 0,50 7 - 12 2-9 68 - 76 Cu 10 - 42 90 - 100 10 - 13 5,53 - 15 30 39 - 50 Zn 50 - 58 100 40 - 52 20 - 25 16 - 30 10 - 120 Cd 0,12 0,13 - 0,20 0,09-0,20 0,02-0,16 0,05 0,21 Sn 0,50 1 - 1,50 3 - 3,51 0,56 - 4 0,50 4-6 Hg 0,04 0,01 - 0,08 0,08 0,05 - 0,160,03 - 0,29 0,18 - 0,52 Pb 0,10 - 0,40 3-5 20 - 24 5,71 - 7 8 - 10 20 - 23 Nguồn: Jack. E. Fergusson, 1991 [40] 1.1.2.2. Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do cấc hoạt động công nghiệp và nước thải đô thị Tác động của quá trình công nghiệp và đô thị đến môi trường đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ 18 -19, đặt biệt là trong những thập niên gần đây. Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc 7
tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là các KLN. Các KLN có thể tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng cho môi trường [12]. Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất,... [12]. Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp cũng chứa nhiều KLN (Bảng 1.4). Bảng 1.4. Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị Đơn vị tính:mg/kg chất khô Nguyên tố Khoảng giao động Trung bình As 1,12 - 230 10 Cd 1,00 - 3410 10 Cu 84 - 17000 800 Fe 1000 - 154000 17000 Mn 32 - 9870 260 Nguồn: Trích theo Nguyễn Duy Hải, 2011 [16] Ở Việt Nam hiện nay vấn đề ô nhiễm đất do KLN cũng ngày một gia tăng theo chiều hướng bất lợi tới chất lượng. Nó không còn mang tính chất cục bộ như trước nữa, việc phát triển ngành đã và đang làm chất lượng môi trường giảm sút dưới sự tác động của con người. Theo tác giả Nguyễn Thị An Hằng [9], vì sự tác động của nước thải lên đất khu vực công ty pin Văn Điển có dấu hiệu ô nhiễm Zn cao, hàm lượng Zn chiết xuất HNO31N rất cao, dao động trong khoảng 198,76-268,25 ppm [9]. 1.1.2.3. Ô nhiễm KLN do hoạt động nông nghiệp Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất. Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa As, Hg, Cu,... trong khi các loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As. 8
1.2. Chì 1.2.1. Giới thiệu chung về chì Chì là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn hóa học viết tắt là Pb (Latin: Plumbum) Pb là nguyên tố nhóm IV, số thứ tự 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn, khối lượng mol nguyên tử 207,21g/mol. Khối lượng riêng d = 11,34 g/cm3. Các mức oxy hóa đặc trưng của Pb là +2 và +4. Các hợp chất với mức oxy hóa +2 của Pb bền và nhiều hơn. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khi tiếp xúc với không khí. Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn và là một phần của nhiều hợp kim. Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, chì là chất độc đối với động vật cũng như con người. Nó gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn não. Tiếp xúc ở mức cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật. Giống với thủy ngân, chì là chất độc thần kinh tích tụ trong mô mềm và trong xương. Nhiễm độc chì đã được ghi nhận từ thời La Mã cổ đại, Hy Lạp cổ đại, và Trung Quốc cổ đại. Chì là nguyên tố kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời gian bán hủy trong đất từ 800 - 6000 năm. Dạng tồn tại của Pb trong đất chủ yếu là các muối dễ tan (clorua, bromua), hợp chất hữu cơ hấp phụ trên keo sét, axit humic và các hợp chất khó tan (cacbonat, hydroxyt…). Chì kim loại có tồn tại trong tự nhiên nhưng ít gặp. Chì thường được tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, cùng với một số kim loại khác và được thu hồi cùng với các kim loại này. Khoáng chì chủ yếu là galena (PbS), trong đó chì chiếm 86,6% khối lượng. Các dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4). Hầu hết quặng chì chứa ít hơn 10% chì và các quặng chứa ít nhất 3% chì có thể khai thác có hiệu quả kinh tế. Quặng được nghiền và cô đặc bằng tuyển nổi bọt thông thường đạt đến 70% hoặc hơn. Các quặng sunfua được thiêu 9
kết chủ yếu tạo ra chì ôxit và một hỗn hợp sulfat và silicat của chì và các kim loại khác có trong quặng. Chì oxít từ quá trình thiêu kết được khử trong lò cao bằng than cốc. Quá trình này chuyển hầu hết chì thành dạng kim loại. Ba lớp khác tách biệt nhau trong quá trình này và nổi lên đỉnh của chì kim loại. Chúng là xỉ (silicat chứa 1,5% chì), matte (sunfua chứa 15% chì), và speiss (asenua của sắt và đồng). Các chất thải này chứa chì, kẽm, cadimi, bitmut, Asen. 1.2.2. Ảnh hưởng của chì đến sức khỏe con người Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh và có thể gây ra các chứng rối loạn não và máu [64]. Đối với trẻ em, mức hấp thụ chì cao gấp 3 - 4 lần so với người lớn. Hơn nữa, trẻ em trong độ tuổi tò mò, thường có động tác cho tay vào mồm, vì vậy trẻ em có nguy ô nhiễm phải chì cao hơn người lớn với cùng một nguồn ô nhiễm như đất nhiễm chì, sơn chứa chì… Chì có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe của trẻ em. Ở mức độ phơi nhiễm cao, chì tấn công não và hệ thống thần kinh trung ương gây ra tình trạng hôn mê, co giật và thậm chí tử vong [64]. Sau ngộ độc chì, trẻ vẫn có thể bị chậm phát triển, rối loạn hành vi và người ta cho rằng những ảnh hưởng từ chì tới hệ thần kinh như vậy là không thể khôi phục. Tiếp xúc với đất ô nhiễm chì, bụi chì do tái chế pin và khai thác khoáng sản đã gây ra nhiễm độc chì hàng loạt và nhiều trường hợp tử vong ở trẻ em tại Nigeria, Senegal và các nước khác [64]. Chì tích tụ ở xương, cản trở chuyển hóa canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D, gây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên [64]. Đặc biệt, chì gây tác động mãn tính tới phát triển trí tuệ. Ngộ độc chì còn gây ra biến chứng viêm não ở trẻ em [63]. Tiếp xúc lâu ngày với chì có thể làm cho chân, tay yếu đi. Đối với phụ nữ mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị sẩy thai, sinh non, sinh thiếu cân. Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ở nam giới [63]. Ngoài ra, chì còn tác động lên hệ thống enzyme vận chuyển hiđro gây nên một số rối loạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo 10