Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng đến đất sau khai thác tại Thái Nguyên

Thuật ngữ kim loại nặng thường dùng để chỉ các kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5 g/cm3. Tuy nhiên, trong lĩnh vực độc tố học, nó ám chỉ các kim loại có nguy cơ gây ra vấn đề môi trường, bao gồm Cu, Zn, Pb, Hg, Ni, Mn, Cr, Fe. Các kim loại này có thể gây mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào. Sự tích tụ kim loại nặng trong đất có thể làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố độc hại vào cây trồng và vật nuôi, gây hại cho sức khỏe con người. Kim loại nặng trong chuỗi thức ăn là vấn đề bức xúc hiện nay. Các kim loại phổ biến như Cd, Cr, Cu, Zn, Pb, Hg... gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe.

Ô nhiễm kim loại nặng có thể xuất phát từ quá trình phong hóa đá hoặc từ các hoạt động khai thác khoáng sản. Quá trình khai khoáng gây ô nhiễm đất ở mức độ nghiêm trọng. Các dạng ô nhiễm bao gồm ô nhiễm đất, nước mặt và nước ngầm. Các tác nhân gây ô nhiễm bao gồm axit, kim loại, và các hóa chất khác được sử dụng trong quá trình khai thác. Việc khai thác quặng và vật liệu xây dựng phá vỡ cân bằng sinh thái, gây ô nhiễm nguồn nước, làm giảm năng suất cây trồng, và gây ra các vấn đề xói mòn đất. Lƣơпǥ TҺị TҺύɣ Ѵâп (2012) cho thấy, các chất thải từ hoạt động khai thác có chứa kim loại nặng thường thải trực tiếp ra môi trường.

Việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất đòi hỏi các phương pháp khoa học và kỹ thuật phù hợp. Cần tiến hành lấy mẫu đất tại các khu vực khác nhau trong vùng khai thác, sau đó phân tích tại phòng thí nghiệm để xác định nồng độ của các kim loại như Pb, Cd, Zn, As. Các phương pháp phân tích thường được sử dụng bao gồm quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES), và khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS). Kết quả phân tích được so sánh với các tiêu chuẩn và quy chuẩn quốc gia và quốc tế để đánh giá mức độ ô nhiễm. Việc lựa chọn phương pháp đánh giá phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, điều kiện kinh tế và kỹ thuật.

Có nhiều tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong đất được sử dụng trên thế giới. Các tiêu chuẩn này thường quy định nồng độ tối đa cho phép của các kim loại trong đất, dựa trên mục đích sử dụng đất và mức độ bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Ở Việt Nam, QCVN 43:2017/BTNMT quy định về giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong đất. Các tiêu chuẩn khác như tiêu chuẩn của EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ) và tiêu chuẩn của Liên minh Châu Âu cũng được sử dụng rộng rãi. Việc áp dụng tiêu chuẩn nào phụ thuộc vào mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu, cũng như các quy định pháp luật hiện hành.

Thực tế cho thấy nhiều mỏ khai thác tại Thái Nguyên có mức độ ô nhiễm kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Nồng độ Pb, Cd, Zn, As trong đất và nước tại các khu vực này thường cao hơn so với các khu vực không bị ảnh hưởng bởi hoạt động khai thác. Điều này gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng, làm giảm năng suất nông nghiệp, và gây nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt. Cần có các biện pháp kiểm soát và xử lý ô nhiễm hiệu quả để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cây sậy (Phragmites australis) có nhiều đặc điểm sinh học phù hợp cho việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Nó là loài cây thân thảo, có khả năng sinh trưởng nhanh và mạnh mẽ trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm cả đất bị ô nhiễm. Cây sậy có hệ thống rễ phát triển, giúp hấp thụ kim loại nặng từ đất. Ngoài ra, cây sậy có khả năng tích lũy kim loại nặng trong thân, lá, và rễ mà không bị ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng. Những đặc điểm này làm cho cây sậy trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho việc cải tạo đất ô nhiễm.

Cơ chế hấp thụ kim loại nặng của cây sậy là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên, kim loại nặng được hòa tan trong nước đất và hấp thụ vào rễ cây. Sau đó, chúng được vận chuyển đến các bộ phận khác của cây thông qua hệ thống mạch dẫn. Một số kim loại nặng được tích lũy trong tế bào, trong khi một số khác được chuyển hóa thành các dạng ít độc hại hơn. Cây sậy cũng có thể sử dụng các cơ chế phòng vệ để giảm thiểu tác động của kim loại nặng, như tạo ra các hợp chất phức chelat hóa. Việc hiểu rõ cơ chế hấp thụ kim loại nặng của cây sậy sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả của nó trong việc xử lý ô nhiễm.

Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường, bao gồm độ pH của đất, hàm lượng chất hữu cơ, nhiệt độ, và độ ẩm. Độ pH của đất ảnh hưởng đến độ hòa tan và khả dụng sinh học của kim loại nặng. Hàm lượng chất hữu cơ có thể tạo phức chelat hóa với kim loại nặng, làm giảm khả năng hấp thụ của cây. Nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và vận chuyển kim loại nặng trong cây. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường sẽ giúp điều chỉnh các điều kiện trồng trọt để tăng cường khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy.

Quy trình trồng và chăm sóc cây sậy trên đất bãi thải cần được thực hiện theo các bước sau: Chuẩn bị đất bằng cách làm sạch các vật liệu xây dựng, đá lớn và san lấp mặt bằng. Bón phân hữu cơ để cải thiện dinh dưỡng đất. Trồng cây sậy bằng cách cấy hom hoặc gieo hạt. Tưới nước thường xuyên để đảm bảo độ ẩm cho cây. Bón phân định kỳ để cung cấp dinh dưỡng cho cây. Kiểm soát cỏ dại và sâu bệnh để bảo vệ cây. Theo dõi sinh trưởng và phát triển của cây để điều chỉnh các biện pháp chăm sóc phù hợp.

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của cây sậy trong việc giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng trong đất. Cây sậy có khả năng hấp thụ một lượng đáng kể kim loại nặng từ đất, làm giảm nồng độ của chúng trong đất và nước. Hiệu quả này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại kim loại nặng, nồng độ kim loại nặng trong đất, điều kiện môi trường, và giống cây sậy. Việc lựa chọn giống cây sậy phù hợp và điều chỉnh các điều kiện trồng trọt có thể tăng cường hiệu quả giảm thiểu ô nhiễm.

Sau khi cây sậy hấp thụ kim loại nặng, cần có các biện pháp quản lý phù hợp để ngăn ngừa nguy cơ phát tán kim loại nặng trở lại môi trường. Có thể thu hoạch cây sậy và xử lý chúng bằng các phương pháp an toàn, như đốt trong lò đốt chuyên dụng hoặc chôn lấp trong các bãi chôn lấp an toàn. Ngoài ra, có thể sử dụng cây sậy để sản xuất biomass, nhưng cần đảm bảo rằng quá trình sản xuất không gây phát tán kim loại nặng.

Có nhiều giải pháp cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng có thể được áp dụng, bao gồm: Sử dụng cây sậy và các loài cây khác có khả năng hấp thụ kim loại nặng. Bón phân hữu cơ để cải thiện cấu trúc đất và tăng khả năng giữ nước. Sử dụng các chất chelat hóa để làm giảm độ hòa tan của kim loại nặng. Áp dụng các phương pháp xử lý sinh học khác, như sử dụng vi sinh vật để phân hủy kim loại nặng. Chôn lấp đất ô nhiễm trong các bãi chôn lấp an toàn.

Để khuyến khích các doanh nghiệp và cộng đồng tham gia vào việc cải tạo đất ô nhiễm, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích phù hợp. Các chính sách này có thể bao gồm: Cung cấp nguồn vốn vay ưu đãi cho các dự án cải tạo đất. Giảm thuế cho các doanh nghiệp thực hiện các biện pháp cải tạo đất. Hỗ trợ kỹ thuật cho các dự án cải tạo đất. Tăng cường công tác tuyên truyền và nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc cải tạo đất.