Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá ô nhiễm và nghiên cứu biện pháp xử lý kim loại nặng trong đất và nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất và nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội, từ đó đưa ra biện pháp nhằm xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước. 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 Khoa học: Đánh giá ô nhiễm và nghiên cứu biện pháp xử lý kim loại nặng trong đất và nước tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ LƢƠNG THỊ HOA ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM VÀ NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÀ NƢỚC TẠI LÀNG NGHỀ CƠ KHÍ XÃ THANH THÙY, THANH OAI, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ LƢƠNG THỊ HOA ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM VÀ NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÀ NƢỚC TẠI LÀNG NGHỀ CƠ KHÍ XÃ THANH THÙY, THANH OAI, HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ : 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN THỊ LOAN TS. TRẦN THỊ HUYỀN NGA Hà Nội – 2014
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này ngoài sự cố gắng không ngừng của bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của nhiều cá nhân, tổ chức trong và ngoài trƣờng. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn này. Trƣớc hết, tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lãnh đạo và các Thầy, Cô của Khoa Môi trƣờng thuộc Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã trực tiếp giảng dạy và hƣớng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn Chi cục bảo vệ môi trƣờng Hà nội, Trung tâm Quan trắc và phân tích Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội đã giúp đỡ tôi về chuyên môn cũng nhƣ cơ sở vật chất trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Loan và TS. Trần Thị Huyền Nga, ngƣời đã dành nhiều thời gian, công sức, tận tình hƣớng khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn của tôi chắc hẳn không thể tránh khỏi những sơ suất, thiếu sót, tôi rất mong nhận đuợc sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể bạn đọc đã động viên, giúp đỡ tôi về mặt tinh thần trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Lƣơng Thị Hoa
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 4 1.1. Nguồn phát tán KLN trong đất và nƣớc ................................................................... 4 1.1.1.Nguồn phát tán KLN trong môi trƣờng nƣớc ........................................................ 4 1.1.2. Nguồn phát tán KLN trong môi trƣờng đất .......................................................... 5 1.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất, nƣớc trên thế giới và làng nghề Việt Nam ..... 6 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm KLN trên thế giới .................................................................. 6 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN ở các làng nghề Việt Nam............................................ 8 1.3. Ảnh hƣởng của ô nhiễm KLN đến môi trƣờng và sinh vật .................................... 10 1.3.1.Dạng tồn tại của KLN trong đất ........................................................................... 10 1.3.2. Dạng tồn tại của một số KLN trong nƣớc ........................................................... 13 1.3.3.Độc tính của kim loại nặng .................................................................................. 14 1.4. Một số biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam .......................... 18 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 22 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................................ 22 2.2 . Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 22 2.2.1 Phƣơng pháp tổng quan tài liệu nghiên cứu......................................................... 22 2.2.2 Phƣơng pháp điều tra, khảo sát ............................................................................ 22 2.2.3 Phƣơng pháp thực nghiệm ................................................................................... 25 2.3 Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ................................................................. 28 2.3.1 Môi trƣờng nƣớc: ................................................................................................. 28 2.3.2 Môi trƣờng đất: .................................................................................................... 30 2.4 Phƣơng pháp đánh giá, phân tích và xử lý số liệu ................................................. 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 33 3.1. Khái quát đặc điểm và hiện trạng sản xuất làng nghề Thanh Thùy ....................... 33 3.2. Hiện trạng sản xuất tại làng nghề cơ khí Thanh Thùy ........................................... 35 3.3. Kết quả đánh giá chất lƣợng môi trƣờng làng nghề xã Thanh Thùy ...................... 45 3.3.1. Môi trƣờng đất .................................................................................................... 45
3.3.2. Môi trƣờng nƣớc ................................................................................................ 47 3.4 Kết quả nghiên cứu các giải pháp xử lý KLN làng nghề Thanh Thùy ................... 60 3.4.1 Biện pháp tăng pH bằng bón vôi (CaO) để cố định KLN trong đất..................... 60 3.4.2 Thí nghiệm dùng thực vật bèo tây làm sạch nƣớc ô nhiễm KLN ........................ 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 73 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 73 KIẾN NGHỊ .................................................................................................................. 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 75
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Diễn giải BNN Bộ Nông Nghiệp CEC Dung tích trao đổi Cation (Cation Exchange Capacity) CNH - HĐH Công nghiệp hóa- hiện đại hóa CSSX Cơ sở sản xuất CN-TTCN Công nghiệp- tiểu thủ công nghiệp BVMT Bảo vệ môi trƣờng ĐCN Điểm công nghiệp KLN Kim loại nặng QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UBND Ủy ban nhân dân WHO Tổ chức sức khỏe cộng đồng (World Health Organization)
DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Hàm lƣợng KLN phát thải hàng năm .........................................................6 Bảng 2.1 Vị trí các điểm lấy mẫu không khí xung quanh ........................................ 22 Bảng 2.2 Vị trí các điểm lấy mẫu nƣớc thải..............................................................23 Bảng 2.3 Vị trí các điểm lấy mẫu nƣớc mặt..............................................................23 Bảng 2. 4 Vị trí các điểm lấy mẫu nƣớc ngầm..........................................................24 Bảng 2.5 Vị trí các điểm lấy mẫu đất:.......................................................................24 Bảng 2.6 Các phƣơng pháp phân tích chất lƣợng nƣớc ............................................29 Bảng 2.7 Các phƣơng pháp phân tích chất lƣợng đất ...............................................30 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn cho phép của kim loại nặng có trong rau và nƣớc tƣới ..........32 Bảng 3.1 Nguyên, nhiên liệu, hoá chất của làng nghề Thanh Thùy ........................ 36 Bảng 3.2 Kiếm toán vật chất cho các công đoạn chính của quá trình tái chế cơ khí làng nghề Thanh Thùy ..............................................................................................38 Bảng 3.3 Kiếm toán vật chất cho các công đoạn chính của quá trình mạ cơ khí làng nghề Thanh Thùy ......................................................................................................44 Bảng 3.4 Kết quả phân tích chất lƣợng đất ...............................................................45 Bảng 3.5 Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc thải .....................................................49 Bảng 3.6 Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc mặt .....................................................54 Bảng 3.7 Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc ngầm ..................................................58 Bảng 3.8 Một số tính chất ban đầu của nƣớc tƣới ....................................................60 Bảng 3.9 Một số tính chất ban đầu của đất ...............................................................61 Bảng 3.10 Tính chất của đá vôi CaO trƣớc khi đƣợc lót vào đất..............................61 Bảng 3.11 Kết quả hàm lƣợng Pb tích lũy trong rau ................................................62 Bảng 3.12 Kết quả hàm lƣợng Cd tích lũy trong rau ................................................64 Bảng 3.13. Kết quả hàm lƣợng As tích lũy trong rau ...............................................67 Bảng 3.14 Thông số chất lƣợng nguồn nƣớc ban đầu lấy về nghiên cứu .................70 Bảng 3.15 Hàm lƣợng Pb trong nƣớc theo thời gian xử lý bằng bèo tây .................70 Bảng 3.16. Hàm lƣợng Cd trong nƣớc theo thời gian xử lý bằng bèo tây ................71 Bảng 3.17 Hàm lƣợng As trong nƣớc theo thời gian xử lý bằng bèo tây .................71
DANH MỤC HÌNH Trang Hình 3.1. Qui trình tẩy sơn ....................................................................................... 37 Hình 3.2 Sơ đồ quy trình mạ niken và dòng thải ......................................................41 Hình 3.3 Sơ đồ quy trình mạ kẽm và dòng thải ........................................................42 Hình 3.4. Mối quan hệ giữa lƣợng CaO và sự tích lũy Pb trong rau ........................62 Hình 3.5. Biểu đồ so sánh sự tích lũy Pb trong rau đợt 1 và đợt 2 ...........................63 Hình 3.6. Sự tƣơng quan giữa pH đất và sự tích lũy của Pb trong rau .....................63 Hình 3.7. Mối quan hệ giữa lƣợng CaO và sự tích lũy của Cd trong rau .................65 Hình 3.8. Biểu đồ so sánh sự tích lũy Cd trong rau đợt 1 và đợt 2 ...........................65 Hình 3.9. Sự tƣơng quan giữa pH đất và sự tích lũy của Cd trong rau .....................66 Hình 3.10. Mối quan hệ giữa lƣợng CaO và sự tích lũy của As trong rau ...............68 Hình 3.11. Biểu đồ so sánh sự tích lũy As trong rau đợt 1 và đợt 2 .........................68 Hình 3.12. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng As, Pb, Cd còn lại trong nƣớc theo thời gian ............................................................................................................................72
MỞ ĐẦU Các làng nghề truyền thống ở Việt Nam đã và đang có nhiều đóng góp cho GDP của đất nƣớc nói chung và đối với nền kinh tế nông thôn nói riêng. Tuy nhiên, một trong những thách thức đang đặt ra đối với các làng nghề là vấn đề môi trƣờng và sức khỏe của ngƣời lao động, của cộng đồng dân cƣ đang bị ảnh hƣởng nghiêm trọng từ hoạt động sản xuất của các làng nghề. Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng làng nghề vẫn là bài toán khó đối với nhiều vùng trên cả nƣớc. Theo Đặng Kim Chi, 2005 thì 100% mẫu nƣớc thải ở các làng nghề đƣợc khảo sát có thông số vƣợt tiêu chuẩn cho phép; nƣớc mặt, nƣớc ngầm đều có dấu hiệu bị ô nhiễm. Nhiều dòng sông chảy qua các làng nghề hiện đang bị ô nhiễm nặng (sông Nhuệ, sông Vân Tràng), ở nhiều ruộng lúa cây trồng bị giảm năng suất do ô nhiễm không khí từ các làng nghề. Môi trƣờng ở các làng nghề bị ô nhiễm gây ảnh hƣởng rõ rệt đến sức khoẻ của ngƣời lao động, dân cƣ làng nghề và một số khu vực xung quanh. Các bệnh của ngƣời dân ở các làng nghề cao hơn các làng thuần nông, thƣờng gặp các bệnh về đƣờng hô hấp, đau mắt, bệnh đƣờng ruột, bệnh ngoài da. Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng làng nghề đang trở nên ngày càng cấp thiết hơn. Thanh Thùy là một xã thuộc huyện Thanh Oai, một trong những vùng trọng điểm về sản xuất cơ khí của thành phố Hà Nội. Hiện nay xã Thanh Thuỳ có 06 thôn thì cả 06 thôn đều có nghề thủ công truyền thống, trong đó có 04 thôn chuyên sản xuất cơ khí, 01 thôn làm trống và cơ khí, 01 thôn sản xuất sản phẩm thủ công mỹ nghệ điêu khắc gỗ. Hiện tại khu vực này đang bị ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động sản xuất cơ khí, đặc biệt là ô nhiễm do nguồn nƣớc thải. Về phía các cơ sở sản xuất, do phần lớn các cơ sở sản xuất mới có quy mô nhỏ hộ gia đình (chiếm 80%) nên khó phát triển vì mặt bằng chật hẹp, xen kẽ với khu vực dân cƣ sinh hoạt, do sản xuất với quy mô nhỏ, không thể xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải, rác thải và khí thải. Các cơ sở sản xuất thƣờng lựa chọn quy trình sản xuất thủ công, dễ sử dụng lao động trình độ thấp, giá nhân công rẻ, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền, hoá chất độc hại nhằm hạ giá thành phẩm. Không những 1
thế, những hạn chế do trình độ kĩ thuật, thiết bị lạc hậu, chắp vá nên tiêu hao nhiều nguyên liệu, làm tăng phát thải gây ô nhiễm nƣớc, đất, không khí. Với những cơ sở có đầu tƣ đổi mới công nghệ, do tốn kém nên cũng không đầu tƣ hệ thống xử lý chất thải. Với những ngƣời lao động, do văn hoá thấp, học nghề theo kinh nghiệm nên thiếu nhận thức về bảo vệ môi trƣờng, hạn chế năng suất lao động và chất lƣợng sản phẩm, chƣa có ý thức, hiểu biết về môi trƣờng lao động, không quan tâm đến bảo vệ môi trƣờng. Ngoài những nguyên nhân trên, còn có trách nhiệm của các cơ quan quản lý vì hầu hết các làng nghề vẫn chƣa có quy hoạch môi trƣờng, chƣa có chƣơng trình quản lý giáo dục môi trƣờng, tuyên truyền nâng cao nhận thức, hiểu biết về tác động của ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ các biện pháp phòng tránh. Ngoài ra, hiện nay vẫn còn thiếu các chính sách đồng bộ từ các văn bản của Nhà nƣớc về phát triển bền vững làng nghề. Các giải pháp đã áp dụng cho làng nghề xã Thanh Thùy chƣa giúp cải thiện đƣợc tình hình do lƣợng thải ngày càng lớn, gây nhiều tác động tiêu cực đến môi trƣờng sống của ngƣời dân. Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài : "Đánh giá ô nhiễm và nghiên cứu biện pháp xử lý kim loại nặng trong đất và nƣớc tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội” Mục tiêu và nội dung đề tài  Mục tiêu Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong môi trƣờng đất và nƣớc tại làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy, Thanh Oai, Hà Nội, từ đó đƣa ra biện pháp nhằm xử lý ô nhiễm KLN trong đất và nƣớc.  Nội dung nghiên cứu - Khái quát đặc điểm, hiện trạng sản xuất làng nghề cơ khí xã Thanh Thùy - Đánh giá hiện trạng môi trƣờng của làng nghề xã Thanh Thùy: môi trƣờng nƣớc (nƣớc thải, nƣớc mặt, nƣớc ngầm), môi trƣờng đất. - Nghiên cứu giải pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng + Nghiên cứu tập trung vào 3 KLN chính là Cd, Pb, As. 2
+ Nghiên cứu các phƣơng pháp xử lý 3 kim loại chính là Cd, Pb, As trong đất, nƣớc bằng phƣơng pháp hóa học (bón vôi CaO vào đất) và phƣơng pháp sinh học (trồng thực vật bèo tây để xử lý nƣớc trƣớc khi tƣới cho cây). 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn phát tán KLN trong đất và nƣớc 1.1.1. Nguồn phát tán KLN trong môi trƣờng nƣớc Nhiễm bẩn KLN trong nƣớc có thể bằng con đƣờng chính sau: -Yếu tố gây ô nhiễm trực tiếp vào nƣớc: Nƣớc thải bấn đổ trực tiếp vào các sông, hồ… Đây là tình trạng ô nhiễm trực tiếp phổ biến ở các thành phố lớn hiện nay. - Yếu tố KLN sau khi tồn tại trong đất sẽ dần dần hoà tan vào trong nƣớc kể cả nƣớc ngầm. - Sự rửa trôi tích đọng dần dần yếu tố độc (đặc biệt do sự phát tán của chất độc từ nguồn thải của lá rừng). Nhiễm bẩn các KLN trong nƣớc thƣờng đƣợc nghiên cứu đến nhiễm bẩn do nồng độ các kim loại: Cu; Pb; Cd; Zn; Hg; Ni; As ... khi vƣợt quá giới hạn cho phép. Nguồn phát tán một số KLN vào nƣớc: Chì (Pb): Sự nhiễm bẩn Pb là do nguồn thải của công nghiệp in, ắc quy, đúc kim loại, giao thông. Cadmium (Cd) phát tán vào môi trƣờng nƣớc từ nhiều nguồn thải nhƣ: nƣớc thải công nghệ mạ, nhà máy sơn, phân huỷ và đốt cháy nhựa, phân huỷ xăm lốp, cộng nghệ pin, công nghệ sản xuất phân bón và lƣợng sử dụng phân bón đặc biệt là phân lân ... Arsen (As) xâm nhập vào nƣớc chủ yếu từ các công đoạn hoà tan chất của quặng mỏ, từ nƣớc thải công nghiệp, nông nghiệp, thuốc trừ sâu, diệt cỏ ở dạng các chất hữu cơ có chứa arsen nhƣ methylarsenic axit, dimethylarsinic axit, arsenocholine, arsenobentaine.... 4
1.1.2. Nguồn phát tán KLN trong môi trƣờng đất Có 2 nguồn chính là từ phong hoá đá mẹ trong quá trình hình thành đất và các hoạt động nhân sinh. Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhƣng hàm lƣợng các KLN trong đá thƣờng 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 lƣợng KLN cao. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất chủ yếu là do hoạt động nhân sinh. Nguồn từ hoạt động nhân sinh: Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá đá, có nhiều nguồn từ các hoạt động nhân sinh đƣa 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 đƣa vào đất... Theo Nguyễn Hữu On (2004): hàm lƣợng Cd trong đất có tƣơng quan tuyến tính với thời gian sử dụng phân lân, đặc biệt khi phân lân đƣợc sử dụng trên đất phèn, đất nhiễm mặn và đất có hệ thống đê bao. Nƣớc tƣới và đất trồng có một mối quan hệ với nhau. Nếu sử dụng nƣớc bị ô nhiễm tƣới cho đất thì dẫn đến đất cũng bị ô nhiễm. Khi đất bị ô nhiễm As cao cũng có thể do sử dụng nƣớc tƣới có hàm lƣợng As cao.[36] Nƣớc tƣới nhiễm KLN nếu sử dụng tƣới cho rau sẽ làm tích đọng KLN trong đất qua các vụ. Hàm lƣợng Cd tích luỹ trong đất qua các vụ tỉ lệ thuận với nồng độ Cd trong nƣớc tƣới. [6] Nguồn phát tán một số KLN vào đất: Chì (Pb): Ô nhiễm Pb ở nƣớc ta ngày càng trở nên nghiêm trọng do nguồn nguyên liệu xăng pha chì ngày càng đƣợc sử dụng nhiều để chạy động cơ. Hàm lƣợng Pb tới 0,4g/lít nhiên liệu, khi cháy sẽ phát tán vào môi trƣờng không khí rồi lắng đọng xuống đất hoặc nƣớc. Càng gần đƣờng giao thông thì hàm lƣợng chì trong đất càng cao, đại bộ phận Pb nằm trong đất cách mặt đƣờng dƣới 50 cm và chủ yếu nằm ở tầng đất mặt. Cadmium (Cd): Nguồn gây ô nhiễm Cd chủ yếu là do chất thải công nghiệp mỏ, mạ điện, ống dẫn plastic, thuốc sơn...Theo Phạm Quang Hà (2002) khi nghiên 5
cứu hàm lƣợng Cd trong đất ở những vùng ven nội, nơi chịu ảnh hƣởng của rác thải, nƣớc thải sinh hoạt và công nghiệp hay từ các làng nghề truyền thống nhƣ gò đúc nhôm, đồng có hàm lƣợng Cd khá cao. Ngoài ra sử dụng phân bón photphat lâu dài nó sẽ là yếu tố chủ yếu quyết định hàm lƣợng Cd trong đất. Theo ƣớc tính của các nƣớc EEC lƣợng Cd đƣa vào đất hàng năm qua phân bón phosphat là 5g/ha. [10] Arsen (As): sử dụng thuốc trừ sâu hay diệt cỏ dại là nguồn cung cấp As cho đất [36], ngoài ra khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển từ Fe,Al - Arcsenat sang dạng Ca- Arcsenat linh động hơn. [29] 1.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất, nƣớc trên thế giới và làng nghề Việt Nam 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm KLN trên thế giới Hàm lƣợng KLN trong môi trƣờng ngoài do các quá trình hóa học, vật lý trong tự nhiên, còn do hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp của con ngƣời. Galloway và Freedmas (1982) đã tiến hành nghiên cứu sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố KLN do quá trình tự nhiên và nhân tạo. Kết quả đƣợc trình bày trong Bảng 1.1. Bảng 1.1. Hàm lƣợng KLN phát thải hàng năm Đơn vị: 108 g/năm Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Sb 9,8 380 As 28 780 Cd 2,9 55 Cr 580 940 Co 70 44 Cu 190 2,600 Pb 59 20,000 Mn 6,100 3,200 Hg 0,4 110 Mo 11 510 6
Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Ni 280 980 Se 4,1 140 Ag 0,6 50 Sn 52 430 V 650 2,100 Zn 360 8,400 [11] Các hoạt động sản xuất phát thải KLN của con ngƣời bao gồm: - Hoạt động sản xuất công nghiệp: Tác động của quá trình công nghiệp đến môi trƣờng 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 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 trƣờng. Một số ngành công nghiệp điển hình nhƣ: + Công nghiệp nhựa tạo ra: Co, Cr, Cd, Hg + Công nghiệp dệt tạo ra: Zn, Al, Ti, Sn + Công nghiệp sản xuất vi mạch tạo ra: Cu, Ni, Cd, Zn, Sb + Bảo quản gỗ tạo ra: Cu, Cr, As + Mỹ nghệ tạo ra: Pb, Ni, Cr - Hoạt động sản xuất nông nghiệp: Quá trình sản xuất nông đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất. Các loại thuốc bảo vệ thực vật thƣờng chứa As, Hg, Cu,... trong khi các loại phân bón hoá học lại chứa các nguyên tố Cd, Pd, As. Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi. Hàm lƣợng Cu, Zn, Pb, trong các loại phân hoá học (urre, Ca(HCO3)2, Sufat-Fe, Cu...) và khối lƣợng KLN nhiễm vào đất theo đƣờng phân bón là rất lớn. Khả năng ngấm, rửa trôi và cây không hấp thụ hết là nguyên nhân gây ô nhiễm, suy thoái chất lƣợng đất. Có nhiều loại thuốc diệt nấm, trừ sâu gây hại cho mùa màng là các mối của KLN. 7
+ Sử dụng phân bón hoá học tạo ra: As, Cd, Mn, U, V và Zn trong phân phốt phát. + Sử dụng phân chuồng tạo ra: As, Cu, Zn + Sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật: Cu, Mn và Zn trong thuốc trừ nấm; As và Pb trong thuốc sử dụng đối với cây ăn quả. + Nƣớc tƣới: có thế thải ra Cd, Pb, Se - Hoạt động khai khoáng quặng chứa kim loại: + Đào, xới và cặn thải thải ra As, Cd, Hg, Pb. + Vận chuyến trong quá trình tuyến quặng thải ra As, Cd, Hg, Pb. + Công nghiệp sắt thép tạo ra: Cu, Ni, Pb - Do trầm tích từ không khí + Nguồn từ đô thị và khu công nghiệp, bao gồm chất thải, thiêu huỷ cây trồng tạo ra: Cd, Cu, Pb, Sn, Hg, V. + Công nghiệp luyện kim tạo ra: As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb + Đốt cháy xăng, dầu tạo ra: As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn và Cd - Kim loại từ rác thải + Bùn cặn chứa: Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn + Rửa trôi từ đất tạo ra: As, Cd, Fe, Pb + Phế thải chứa: Cd, Cr, Cu, Pb, Zn + Đốt rác, bụi than tạo ra: Cu và Pb 1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm KLN ở các làng nghề Việt Nam Vấn đề môi trƣờng mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn ở trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hƣởng đến ngƣời dân ở vùng lân cận. Theo Báo cáo môi trƣờng Quốc gia năm 2008 với chủ đề "Môi trƣờng làng nghề Việt Nam". Hiện nay, hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi trƣờng (trừ các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liệu không gây ô nhiễm nhƣ thêu, may...). Chất lƣợng môi trƣờng tại hầu hết các làng nghề đều không đạt tiêu chuẩn khiến ngƣời lao động phải tiếp xúc với các nguy cơ gây hại cho sức khỏe, trong đó 95% là từ bụi; 85,9% từ nhiệt và 59,6% từ hóa chất. Kết quả khảo sát 52 8
làng nghề cho thấy, 46% làng nghề có môi trƣờng bị ô nhiễm nặng ở cả 3 dạng; 27% ô nhiễm vừa và 27% ô nhiễm nhẹ”. Gần đây, trong các nghiên cứu về làng nghề, vấn đề môi trƣờng đang đƣợc nhiều tác giả quan tâm, thực tế thì vấn đề này đang gây nhiều bức xúc và nan giải đối với kinh tế xã hội nói chung: Tình trạng ô nhiễm môi trường kim loại nặng ở các làng nghề ở một số dạng phổ biến sau: Ô nhiễm nước: ở Việt Nam, các làng nghề hầu hết đều chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải đƣợc đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra sông. Hiện tƣợng ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu xuất hiện tại các làng nghề tái chế, mạ kim loại ( nhƣ làng nghề Phùng Xá, Thanh Thùy, Đa Sỹ, Liễu Nội, Dụ Tiền…). Tuy lƣợng nƣớc thải ở các làng nghề này không lớn nhƣng lại có tính độc hại rất cao, đặc biệt là nƣớc thải mạ điện có đặc điểm là độ pH dao động lớn, chứa KLN và nhiều hoá chất… Ô nhiễm nguồn nƣớc do tác nhân là các hợp chất vô cơ độc hại nhƣ acid, xút, các muối kim loại nặng… thƣờng thấy ở các làng nghề cơ khí, mạ, đúc, tẩy nhuộm. Đây là những chât thải nguy hại, không những gây tác động trực tiếp tới các nguồn nƣớc mặt mà còn ảnh hƣởng tới các nguồn nƣớc ngầm, gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho nhân dân làng nghề. Ô nhiễm không khí do sử dụng than, củi chủ yếu trong sản xuất vật liệu xây dựng và sản xuất gốm sứ. Môi trƣờng không khí đƣợc đặc biệt quan tâm ở các làng nghề sản xuất vật liệu xây dựng, cơ khí, sơn mài… Ví dụ nhƣ làng nghề sơn mài Duyên Thái, do quá trình sử dụng than, dầu với số lƣợng lớn đã tạo ra các khí nhƣ SO2, CO2, CO, NOx, ngoài ra còn do sử dụng các hoá chất bay hơi nhƣ HCl, H2SO4, alđêhyt, axêtôn… Ô nhiễm môi trường đất: do nƣớc thải từ các quá trình sản xuất của khu công nghiệp, làng nghề… đổ thải, ngấm và tích tụ lại trong lòng đất. Mặc dù, hiện tƣợng ô nhiễm KLN ở Việt Nam trong đất chƣa phải là phổ biến nhƣng sự ô nhiễm đã xuất hiện và mang tính cục bộ trên những diện tích nhất định. Ô nhiễm chất thải rắn do tái chế nguyên liệu (giấy, nhựa, kim loại…) hoặc do 9
bã thải của các loại thực phẩm (sắn, dong), các loại rác thải thông thƣờng: nhựa, túi nilon, giấy, hộp, vỏ lon, kim loại và các loại rác thải khác thƣờng đƣợc đổ ra bất kỳ dòng nƣớc hoặc khu đất trống nào, làm cho nƣớc ngầ m và đấ t bi ̣ô nhiễm các chấ t hóa học độc hại, ảnh hƣởng tới sức khỏe của con ngƣời. Tình trạng ô nhiễm môi trƣ ờng nhƣ trên đã ảnh hƣởng ngày càng nghiêm trọng đến sức khỏe của cộng đồng , nhấ t là nhƣ̃ng ngƣời tham gia sản xuất , sinh số ng ta ̣i các làng nghề và các vùng lân câ ̣n. Báo cáo môi trƣ ờng Quố c gia năm 2008 cho thấ y , tại nhiều làng nghề, tỷ lệ ngƣời mắc bệnh (đặc biệt là nhóm ngƣời trong độ tuổi lao động) đang có xu hƣớng gia tăng. Tuổi thọ trung bình của ngƣời dân tại các làng nghề ngày càng giảm, thấp hơn 10 năm so với làng không làm nghề. Ở các làng tái chế kim loại, tỷ lệ ngƣời mắc bệnh ung thƣ, thần kinh rất phổ biến, nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là do sự phát thải khí độc, nhiệt cao và bụi kim loại từ các cơ sở sản xuất. Đặc biệt, tại các làng sản xuất kim loại, tỷ lệ ngƣời mắc các bệnh liên quan đến thần kinh, hô hấp, ngoài da, điếc và ung thƣ chiếm tới 60% dân số.[15] 1.3. Ảnh hƣởng của ô nhiễm KLN đến môi trƣờng và sinh vật Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trƣờng, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, Ag, Sn, As, Se. Có 4 nguyên tố đƣợc quan tâm nhiều là Pb, As, Cd và Hg. Các nguyên tố này hiện nay chƣa biết đƣợc vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dƣ thừa một lƣợng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn. 1.3.1. Dạng tồn tại của KLN trong đất Chì (Pb): là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém, có thời gian bán huỷ trong đất từ 800 - 6000 năm. Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lƣợng chì trong đất trung bình từ 15 - 25ppm. Ở trong đất, Pb thƣờng nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO 3 2- , SO 3 2- , PO 4 3- ). Trong môi trƣờng trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít ảnh hƣởng đến cây trồng. Theo một số tác giả phản ứng cacbonat hoá hoặc đất trung tính sự ô nhiễm Pb đƣợc hạn chế. Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hoà tan của Pb và sự giảm độ chua thƣờng tăng sự tích luỹ 10
của Pb do kết tủa. Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) hàm lƣợng Pb có trong đất. Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất dễ bay hơi nhƣ (CH3 )4 Pb. Trong đất chì có tính độc cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dƣới dạng phức hệ với các chất hữu cơ. Pb trong đất có khả năng thay thế iôn K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp thu chì tăng dần theo thứ tự sau: Montmorillonit < Axit humic < Kaolinit < Allophane < Ôxyt sắt Khả năng hấp phụ Pb tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2, sự hoà tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong đất chua. Cadmium (Cd): là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+. Trong các điều kiện ôxy hoá, Cd thƣờng ở các dạng hợp chất rắn nhƣ CdO, CdCO3, Cd3 (PO4)2. Trong điều kiện khử (Eh < - 0,2V) thì Cd thƣờng tồn tại ở dạng CdS, ngoài ra Cd có thể tồn tại dạng phức nhƣ CdCl+, CdHNO3+; CdHCl-; CdCl4-; Cd(OH)4. Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd. Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dƣới dạng CdCO3. Thông thƣờng Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hyđrôxyt và ôxyt là 20%, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ. Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 80 % Cd đƣa vào đất bị hấp phụ trong vòng 10 - 1 5 phút và 100 % trong vòng 1 giờ. Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự: Hyđrôxyt và ôxyt sắt, nhôm, halloysit > Allphane> kaolinit, axit humic > montmorillonit. Arsen (As): tồn tại trong đất dƣới dạng hợp chất chủ yếu nhƣ Arsenat (AsO43-) trong điều kiện ôxyhoá. Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan ôxyt hoặc hyđrôxyt và các chất hữu cơ. Trong các đất axit, As có nhiều ở dạng Arcsenat với sắt và nhôm (FeAsO4 ; AlAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2. Arsen có xu hƣớng đƣợc tích tụ trong quá trình phong hóa, trên mặt cắt của vỏ phong hóa và trong đất As thƣờng tồn tại ở 11
phần trên (0 - 1,5 m) do bị hấp phụ bởi vật liệu hữu cơ, keo hyđrôxyt sắt và sét. Trong môi trƣờng khí hậu khô các hợp chất của As thƣờng tồn tại dƣới dạng ít linh động, còn trong điều kiện khí hậu ẩm ƣớt các họp chất của arsen sufua bị hòa tan và bị rửa trôi. Lƣợng As trong đất chuyển vào nƣớc khoảng 5 - 10 % tổng lƣợng As trong đất.[1] Sự chuyển hóa KLN trong đất: Thực tế các KLN trong đất luôn diễn ra quá trình trao đổi với bề mặt của keo đất. Tính linh động các KLN phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: pH môi trƣờng, thế ôxi hoá khử, hàm lƣợng các chất tạo phức có khả năng hoà tan KLN [35], anion cùng tồn tại trong môi trƣờng (Cl-, SO4 2-, NO3 -...) [34]. Độ linh động của các ion KLN tăng khi pH đất thấp và giảm khi pH đất cao, ở môi trƣờng kiềm (pH đất khoảng 9 - 1 2 ) các KLN sẽ bị kết tủa dƣới dạng hydroxit hoặc cacbonat. Các quá trình chính liên quan đến sự cố định và chuyển hoá KLN trong đất là: Quá trình phong hoá, sự hoà tan và khả năng hoà tan của các kim loại, sự kết tủa, sự hấp thu bởi cây trồng, sự cố định bởi các sinh vật đất, khả năng trao đối cation, sự hấp phụ, sự tạo phức chelát, và sự rửa trôi... Quá trình phong hoá: Hàm lƣợng KLN từ quá trình phong hoá đá rất thấp, và chủ yếu nằm trong các vùng trầm tích giàu oxít, quặng và các loại đá giàu kim loại nhƣ magma siêu axit, bao gồm cả serpentine. Đất giàu kim loại thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi loài thực vật, bao gồm các loài có khả năng tích luỹ kim loại cao. Quá trình phong hoá ho á học đƣợc đặc trƣng bởi các quá trình hoà tan, hyđrát hoá, thuỷ phân, oxy hoá - khử và sự tạo thành đá vôi. Khả năng hoà tan và các ion tự do trong dung dịch: Ảnh hƣởng của tính axít tới khả năng hoà tan của KLN trong đất. Một trong các nhân tố quan trọng nhất để kiểm soát khả năng hoà tan của KLN là tính axít, với pH lớn hơn 5,5 thì nồng độ của iôn Pb2+ tự do nhỏ, mức độ linh động của Cd và Zn tăng lên khi tăng mức độ axit của môi trƣờng, bắt đầu từ ngƣỡng pH = 4 - 4,5 thì cứ giảm đi 0,2 đơn vị pH thì nồng độ Cd tăng lên 3 - 5 lần. Nhìn chung khi pH > 6,5 thì hầu nhƣ các KLNít linh động hơn.[34] 12