Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học * Khái niệm môi trường: Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Khái niệm đất: Đất hay thổ nhưỡng là lớp ngoài cùng của thạch quyển bị biến đổi tự nhiên dưới tác động tổng hợp của nhiều yếu tố. - Các yếu tố hình thành đất: + Đá mẹ: Sự hình thành đất là một quá trình phức tạp, biến đổi bởi nhiều yếu tố.
Đá mẹ là nền móng của đất. Do bị phá hủy vỡ vụn trong quá trình phong hóa đá nên thành phần khoáng của đất chiếm tới 95% trọng lượng khô. Nếu đá chứa nhiều cát thì đất sẽ nhiều cát, đá nhiều Kali thì đất giàu Kali,… + Sinh vật: chưa có sinh vật thì đá chưa tạo thành đất, trong đó có vai trò đặc biệt quan trọng của sinh vật, phân hủy xác bã động thực vật tạo thành chất mùn hữu cơ, tạo nên độ phì cho đất. Trong mỗi gam đất có từ hàng trăm triệu đến hàng tỷ sinh vật các loại.
Chúng tích lũy một lượng lớn các nguyên tố dinh dưỡng hòa tan trong quá trình phong hóa, đặc biệt là đưa vào đất Nitơ phân tử (N2) từ không khí ở dạng chất hữu cơ chứa Nitơ của bản thân chúng. Bên cạnh đó, trong mỗi gam đất cũng có hàng trăm ngàn động vật nguyên sinh và động vật không xương sống khác tồn tại. + Khí hậu, địa hình: đặc biệt là trị số nhiệt ẩm, ảnh hưởng lớn tới sự hình thành đất, tác động tới sinh vật và quá trình phong hóa đá. Còn địa hình đóng vai trò tái phân phối lại những năng lượng mà thiên nhiên cung cấp cho mặt đất.
Cùng ở một nhiệt đọ nghĩa là được hưởng một lượng nhiệt mặt n 5 trời cho như nhau nhưng ở địa hình cao thì lạnh và ở địa hình gần với mặt đất thì nóng… + Thời gian: thời gian là một yếu tố đặc biệt. Mọi yếu tố ngoại cảnh tác động, mọi quá trình diễn ra trong đất đều đòi hỏi một thời gian nhất định. + Con người: vai trò của con người khác hẳn những yếu tố kể trên. Qua hoạt động sống, nhờ các thành tựu khoa học kỹ thuật mà con người tác động vào thiên nhiên và đất đai một cách mạnh mẽ.
Tác động này có thể là tích cực, phù hợp với quy luật tự nhiên, đem lại lợi ích cho con người như tưới nước, thủy lợi, tiêu nước hay bón phân cải tạo những vùng đất xấu và trông rừng cho vùng đồi trọc. Hoặc tiêu cực như làm ô nhiễm đất bởi các chất độc hóa học, phá rừng gây xói mòn đất… * Khái niệm ô nhiễm đất: Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm. Ô nhiễm đất là quá trình làm biến đổi hoặc thải vào đất các chất ô nhiễm làm thay đổi tính chất và cấu trúc của nó theo chiều hướng không có lợi, mất khả năng đáp ứng cho các nhu cầu của con người[6]. * Khái niệm kim loại nặng: Có hai quan điểm chính về kim loại nặng: - Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: cho rằng kim loại nặng là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (tỉ trọng 11,34), Cd (tỉ trọng 8,6), As (d = 5,72), Zn (d = 7,10) Co (d = 8,9), Cu (d = 8,96), Cr (d = 7,1), Fe (d = 7,87), Mn (tỉ trọng 7,44).Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Co, Cu, Zn, Fe.
…Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng (Prasad, 1974) [39]. - Theo quan điểm độc học: kim loại nặng là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, n 6 Fe, Mn, Ag, Sn, As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, As Cd và Hg. Các nguyên tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [29].
* Ô nhiễm môi trường đất do KLN: 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. Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo.
và các chất phóng xạ. Nguồn rác thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp phần làm ô nhiễm đất [9]. * Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN Sự tích tụ các 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 khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư. Cơ sở thực tiễn 1.
Nguồn gốc, đặc điểm một số KLN trong đất 1.1 Nguồn ô nhiễm kim loại nặng trong đất Có 2 nguồn ô nhiễm KLN chính là tự nhiên và nhân tạo: * Tự nhiên: - Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra không lớn. Thường thì, hàm lượng của các kim loại trong đá macma nhiều hơn so với n 7 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. Hàm lượng của Mn, Cr, Co, Ni, Cu và Zn xuất hiện ở hàm lượng cao trong hầu hết các loại đá (bảng 1.1: Hàm lượng của các kim loại vi lượng điển hình trong các loại đá (g/g) Đá macma Đá trầm tích Nguyên tố Siêu bazơ Bazơ Granít Đá vôi Sa thạch Phiến sét 200 Cr 2000-2980 4 10-11 35 90-100 1500- Mn 1040-1300 400-500 620-1100 4-60 850 2200 Co 110-150 1 0,1-4 0,3 19-20 35-50 Ni 2000 0,5 7-12 2-9 68-70 150 Cu 10-42 10-13 5,5-15 30 39-50 90-100 Zn 50-58 40-52 20-25 16-30 100-120 100 Cd 0,12 0,09-0,2 0,028-0,1 0,05 0,2 0,13-0,2 Sn 0,5 3-3,5 0,5-4 0,5 4-6 1-1,5 Hg 0,004 0,08 0,05-0,16 0,03-0,29 0,18-0,5 0,01-0,08 Pb 0,1-14 20-24 5,7-7 8-10 20-23 3-5 Nguồn: Jack.
Fergusson, 1991 [36] * 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 n 8 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 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 4 yếu tố quyết định đến lượng xâm nhập của các kim loại nặng qua con đường khí quyển là: Cỡ hạt, độ hoà tan, khoảng cách từ nguồn phát thải đến nơi tiếp nhận, độ axít của mưa. 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). Một số kim loại nặng được đưa vào đất do sản xuất nông nghiệp được đưa ra ở bảng 1.