CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Kim loại nặng trong môi trường đất KLN tồn tại tự nhiên trong đá và khoáng vật trải qua quá trình phong hóa được đưa vào đất. Nhìn chung, hàm lượng các KLN được đưa vào đất từ quá trình phong hóa tại chỗ đá mẹ là khá thấp.
Lượng lớn hơn và ngày càng tăng của một số KLN trong môi trườngcó nguồn gốc từ các hoạt động nhân tạo, chủ yếu là từ các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp. Dấu hiệu đầu tiên của sự gia tăng ô nhiễm do con người gây ra được nhận thấy bởi các chỉ số tính toán liên quan đến khả năng ô nhiễm. Nikiforova và Smirnova (1975) đã tính toán chỉ số “technophility index” thể hiện mối quan hệ giữa mức độ khai khoáng hàng năm và hàm lượng trung bình của KLN trong đất. Kết quả chỉ ra rằng Cd, Pb và Hg là những KLN có mức độ ô nhiễm cao nhất.
Những nghiên cứu này đã nhấn mạnh khai khoáng là một trong số các nguồn chính tạo ra các KLN có khả năng di động, ngoài ra còn có rất nhiều hoạt động nhân tạo khác đưa KLN vào hệ thống đất – cây trồng. Cambell và nnk (1983) so sánh hàm lượng KLN được tạo ra từ các nguồn tự nhiên với các nguồn nhân tạo và chỉ ra rằng các hoạt động của con người đã tạo ra một lượng KLN lớn hơn nhiều lần so với các nguồn tự nhiên, cụ thể là gấp xấp xỉ 15 lần đối với Cd, 100 lần đối với Pb, 13 lần đối với Cu và 21 lần đối với Zn. Chắc chắn rằng sự “dư thừa” của các nguồn KLN này trong môi trường sẽ tạo ra những tác động tiêu cực đến môi trường và HST. Sự dư thừa này có thể gây độc cho môi trường hay không phụ thuộc vào: (i) tính chất vật lý và hóa học của đất, ví dụ như độ chua, điều kiện ngập nước, sự có mặt của khoáng sét, oxit Fe – Mn và các hợp chất hữu cơ của đất…; (ii) địa hình và các yếu tố thủy văn: các yếu tố này không chỉ làm thay đổi hàm lượng chất ô nhiễm tại vị trí bị tác động mà còn có thể vận chuyển các chất ô nhiễm từ nơi chúng được giải phóng ra đến những nơi khác; và (iii) khu hệ VSV với vai trò hấp thụ và chuyển hóa các KLN trong đất và HST.
Nguồn phong hóa khoáng vật KLN tích lũy cục bộ trong đất phụ thuộc vào sự phong hóa tại chỗ của khoáng vật. Đá magma và biến chất là nguồn tự nhiên phổ biến nhất của KLN trong 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đất, chúng được cho là chiếm khoảng 95% vỏ trái đất, còn đá trầm tích chiếm khoảng 5%. Trong các đá trầm tích thì 80% là đá phiến sét, 15% là đá cát kết và 5% là đá vôi (Mitchell, 1964). Các dạng linh động của KLN trong hệ thống đất –cây trồng và các vòng tuần hoàn của chúng trong HST phụ thuộc vào khả năng phong hóa đá có dễ dàng hay không.
Đá cát kết là hợp chất của khoáng vật khó bị phong hóa do vậy đóng góp ít nhất lượng KLN ở trong đất. Nếu đá mẹ là đá bazơ phun trào thì có tiềm năng đóng góp một lượng lớn Cr, Mn, Co và Ni vào đất. Trong số các loại đá mẹ trầm tích thì đá phiến sét là loại có tiềm năng đóng góp lượng lớn Cr, Co, Ni, Zn và Pb. Mức độ phong hóa sẽ xác định khả năng giải phóng các kim loại này vào trong đất.
Ví dụ như có rất nhiều khoáng vật chứa KLN rất khó hòa tan và rất bền với phong hóa vẫn có thể giải phóng ra một lượng lớn KLN ở đất nhiệt đới, nơi có chế độ phong hóa lâu dài và mạnh mẽ. Nguồn kim loại nặng từ khí quyển Lịch sử của việc ô nhiễm KLN từ khí quyển ở Tây bắc châu Âu và Bắc Mỹ đã được ước tính từ các nghiên cứu địa hóa than bùn đầm lầy và bùn lòng hồ. Sự lan rộng của ô nhiễm đã được chứng minh bằng những nghiên cứu trên băng ở các vùng cực (Levitt, 1988). Tác động làm ô nhiễm KLN của các khu vực luyện kim loại kể từ 2000 năm trước ở Thung lũng Gordano, Tây bắc nước Anh đã được xác nhận trong các nghiên cứu trên than bùn của Martin và cộng sự (1979).
Sự ô nhiễm này được khẳng định có liên quan đến nhà máy luyện kim Roman. Nhiều khu vực ở châu Âu, sự gia tăng mạnh mẽ của việc tích lũy kim loại từ nguồn khí quyển đã xuất hiện từ khoảng 200 năm trước. Ở Bắc Mỹ, bằng chứng về sự ô nhiễm KLN từ khí quyển xuất hiện gần đây hơn, khoảng 80 – 100 năm trước (Norton, 1986). Các sol kim loại có đường kính khác nhau được giải phóng vào khí quyển từ mặt đất, sau đó được khuếch tán lên cao.
Các phần tử kim loại lớn nhất rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô. Mưa mang phần kim loại hòa tan từ khí quyển dưới dạng lắng đọng ướt. Lắng đọng ướt được biết đến là quá trình lắng đọng chủ yếu đưa KLN vào đất. Ngoài ra, KLN có thể xâm nhập vào đất từ lắng đọng 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khí quyển dưới dạng sương mù.
Các nghiên cứu về sự lan truyền trong khí quyển của KLN đã chỉ ra rằng KLN có thể di chuyển với một khoảng cách khá xa tính từ nguồn phát thải (Pacyna và nnk,1984). Ở khoảng cách càng gần với điểm phát thải thì hàm lượng KLN sẽ càng lớn. Sự nhiễm bẩn KLN xuất hiện ở xung quanh các khu vực luyện kim có thể ảnh hưởng lên cả một vùng rộng lớn. Sự xâm nhập của KLN vào trong đất bởi lắng đọng khí quyển cũng có thể xuất phát từ các nguyên nhân tự nhiên.
Hoạt động của núi lửa có thể đưa vào khí quyển một lượng khá lớn KLN, đặc biệt là Hg, Pb và Ni. Tuy vậy, rõ ràng hàm lượng KLN trong khí quyển được đưa vào chủ yếu từ các nguồn nhân tạo như hoạt động đốt, thiêu, khai khoáng và luyện kim. Một tỷ lệ lớn (22,1%) Cd thâm nhập vào đất thông qua lắng đọng khí quyển xuất phát chủ yếu từ các hoạt động khai khoáng (Nriagu và Pacyna, 1988). Bên cạnh khai khoáng, khí thải xe cộ cũng được coi là một nguồn thải gây ô nhiễm KLN trong khí quyển.
Lindberg và Harriss (1989) báo cáo rằng tổng hàm lượng Pb lắng đọng từ khí quyển nằm trong khoảng từ 3,1 - 31 mg/m2/năm ở các vùng nông thôn đến khoảng 27 - 140 mg/m2/năm ở các vùng đô thị và công nghiệp. Hàm lượng Pb trung bình ở đất ven đường tăng lên là do việc sử dụng xăng pha chì với sự phát thải toàn cầu được ước tính bởi Pacyna (1986) trong khoảng 176x109 mg/năm (chiếm 45% lượng Pb xâm nhập vào trong đất từ khí quyển). Nguồn bổ sung từ hoạt động nông nghiệp Bón phân vô cơ, phân hữu cơ, bùn thải, thuốc trừ sâu, nước tưới… đều có thể cung cấp KLN với hàm lượng gây độc vào đất. Có thể ban đầu sự bổ sung này chưa đem lại một lượng đủ cao để gây độc ngay lập tức, nhưng nếu những ứng dụng này được lặp đi lặp lại trong một thời gian dài thì cuối cùng cũng sẽ đạt tới mức gây độc cho HST đất.
Hàm lượng tiêu biểu của một vài KLN có trong một số nguồn bổ sung trong nông nghiệp được liệt kê ở bảng 1. Hàm lượng KLN trong một số nguồn bổ sung trong nông nghiệp (µg g-1) Các Phế thải ủ Phân Phân Phân nguyên Bùn thải Vôi compost chuồng photphat nitrat tố Cu 50 - 8000 13 - 3580 2 - 172 1 - 300 - 2 - 125 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các Phế thải ủ Phân Phân Phân nguyên Bùn thải Vôi compost chuồng photphat nitrat tố Zn 91 - 49000 82 - 5894 15 - 566 50 - 1450 1 - 42 10 - 450 Pb 2 - 7000 1,3 - 2240 0,4 - 27 4 - 1000 2 - 120 20 - 1250 Nguồn: Alloway (1990) Bùn thải và phân compost cung cấp hàm lượng KLN lớn nhất cho đất. Zn và Pb là hai kim loại chính có trong bùn thải, bên cạnh đó cũng có một lượng đáng kể Cu. McGrath (1987), McGrath và Lane (1989) khi nghiên cứu hệ thống nông nghiệp ở Woburn (Anh) trong vòng 40 năm đã thấy rằng: sau 20 năm trên đất tiếp nhận bùn thải hàng năm, chỉ có < 0,5% lượng Zn bón cho đất được cây trồng sử dụng.
Tỷ lệ lấy đi của cây trồng cao nhất đối với Zn cũng chỉ bằng 0,57% lượng Zn được bổ sung vào đất qua bùn thải trong 20 năm. Nếu giả thiết quá trình duy nhất lấy Zn từ đất là do cây trồng thì thời gian tồn dư của Zn trong đất sẽ là 3700 năm. Thành phần của bùn thải thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh của chúng vì vậy rất khó để xác định và đánh giá cụ thể về khả năng gây ô nhiễm đất của chúng. Để giảm đến mức tối thiểu sự tích lũy KLN trong đất được bón bùn thải, những ngưỡng hàm lượng bắt buộc và khuyến cáo đã được xây dựng cho việc sử dụng bùn thải ở nhiều nước.
Ở Mỹ, mức độ áp dụng này phụ thuộc vào cả hàm lượng KLN và dung tích trao đổi cation (CEC) của đất. Liên minh châu Âu khuyến cáo việc bón bùn thải vào trong đất nông nghiệp cần giới hạn trong khoảng 4000 µg Zn g-1 (bắt buộc), 2500 µg Pb g-1 (khuyến cáo). Có nhiều loại thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu và các vật gây hại khác cho mùa màng là các muối KLN rất độc, ví dụ như clorua thuỷ ngân và các hợp chất thủy ngân hữu cơ, CuSO4. Trong quá trình con người sử dụng, một lượng nhất định các hoá chất trên bị rơi xuống đất.
Do đặc tính phân hủy trong đất rất chậm nên chúng tạo ra dư lượng đáng kể tồn đọng lại trong đất. Nguồn bổ sung từ hoạt động công nghiệp Các hoạt động sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và đô thị cũng là nguồn gây nhiễm bẩn KLN trong môi trường đất. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.